“千人计划”学者入选诺贝尔化学奖

2016年10月07日10:57  来源:人民网-科技频道
 
本网记者专访诺贝尔化学奖评委会委员克拉斯·古斯塔夫森
本网记者专访诺贝尔化学奖评委会委员克拉斯·古斯塔夫森

人民网斯德哥尔摩10月5日电 (记者 李玫忆 实习记者 刘歌 刘静)当地时间5日11时45分,在近50多位来自世界各地的媒体记者们的翘首以盼下,瑞典皇家科学院常务秘书戈兰·汉森,诺贝尔化学奖评委会主席萨拉·林瑟(Sara S.Linse)与诺贝尔化学奖评委会成员奥洛夫·朗姆斯特伦准时进入诺贝尔大厅,落座。

汉森宣布,今年诺贝尔化学奖的主角是世界上最小的机器,并将奖项授予让-皮埃尔·索维奇(Jean Pierre Sauvage),J·弗雷泽·斯托达特(J.Fraser Stoddart),及伯纳德·L·费林加(Bernard L.Feringa)三位科学家,以表彰他们在“分子机器的设计及合成”领域做出的卓越贡献,并由他们共享800万瑞典克朗的奖金。据悉,获奖者斯托达特是我国外专局千人短期计划入选者。

比人类头发丝还小1000倍

看来高大上的诺贝尔评委会很希望树立自己接地气的形象,今天的发布会现场和4日物理学奖一样,又让面包客串演出了一下。诺贝尔化学奖评委会主席莎拉将两个面包圈扣在一起,向在场的记者们展示这就像让-皮埃尔·索维奇发明的“索烃”—— 两个环形分子,像两个环形面包一样连接在一起,并最终形成一个链条。

基于这些分子层面设计开发出来的机器就是分子机器,被称为“世界上最小的机器”,其尺寸多为纳米级,比人类头发丝直径还要小1000倍,其构件主要是蛋白质等。在向其提供能量时可移动并执行特定任务。

诺贝尔评奖委员会朗姆斯特伦教授在阐述化学奖获奖原因时说:“分子机器见证了科技的小型化如何引发一场革命,也为化学研究开启了新的一页。”他表示“分子机器是一个令人激动的革命性领域,正是这三名科学家的研究给我们未来对分子机器的实际运用带来无限可能。”

随后,他介绍了分子机器的发展史。

分子机器发展阶段的三级跳

通常情况下,分子们是被强力的共价键维系的,原子在其中共享电子。而学光化学的让-皮埃尔·索维奇发现光化学分子模型与分子链有相似之处——一个核心铜离子周围缠着两个分子。于是,他的研究组构建了一个环状的分子和一个新月形的分子,并用铜离子作为凝聚力使两个分子聚拢,再用化学手段将它们 “焊接”到一起,移走铜离子后就组成了第一个分子环扣——索烃。这是非生物分子机器的最初雏形。

另一个化学家构建了第二个分子机器雏形。

从小生活在在没有电力供应的苏格兰农场的弗雷泽·斯托达特,喜欢用拼图游戏打发自己的时间,这培养了他一个化学家所需要的基本素质——辨认形状,发现它们可以怎样组合在一起。

1991年他的团队造出了一个缺电子的“开环”,和一根两处富集电子长棒——“轮轴”。二者相遇时,“缺电子”和“富电子”自然就会彼此吸引,于是环被套进了轴上,他们得到了“轮烷”——一个套在轴上并能在两个富电子部分之间前窜后跳的环状分子。当他们能完全控制“轮烷”的运动后,许多分子机器,包括电梯、人造肌肉、分子芯片等被创造出来。分子芯片与现有的计算机芯片相比,后者简直就是庞然大物,前者则为人们提供更小更强大的计算机处理系统;而人造肌肉甚至可以把一块非常薄的金箔弄弯。。

让分子机器高效运作起来的是荷兰人伯纳德·L·费林加研发的分子马达。

正常情况下,分子的运动是随机的,一个旋转的分子向左与向右转动的概率大体相同,制造出能够在同一方向上持续旋转的马达对于分子机械工程来说是重要的目标。在1990年代,该领域的研究者们作出了许多不同的尝试,但是最先冲过终线的便是费林加。

1999年,费加林通过机械构建,设计出了一种小旋翼叶片般的分子,每个叶片分别与一个甲基相连,它们和叶片一起如同齿轮般运作,迫使分子只朝一个特定方向旋转,这就是第一个分子马达。费林加使用分子马达转动了比马达本身大一万倍的玻璃圆筒,还制造了一个“四轮驱动”纳米车——一个分子底盘将四个马达联结在一起,当作车轮使用。当车轮旋转时,纳米车就在表面上向前行驶。

经过不断的优化。2014年分子马达的旋转速度已经达到了每秒1200万转。

将是一场无处不在的革命

发布会上,诺贝尔化学奖评奖委员会成员奥洛夫形容分子机器“充满能量”,“掌握了如何控制分子活动的技术”。就像19世纪30年代,当电动马达被发明出来时,科学家未曾想过它会在电气火车、洗衣机、电风扇上等被广泛运用。而分子机器正如当年的电动马达一样,未来很有可能将用于开发新材料、新型传感器和能量存储系统等。分子机器在未来最有可能被用于新材料,传感器和能量储存等领域。

在与获奖者费林加教授现场连线时,他表示,“一旦在分子层面控制了运动,就为控制其他各种形式的运动提供了可能。这一研究成果为未来新材料的研发开启了广阔前景。虽然目前分子机器的实际应用仍处在早期阶段,随着分子机器技术的发展,将来利用分子机器制造的微型汽车,甚至人造机器人将会被广泛运用于医疗领域。

近年来,三位诺奖得主的成果已经成为全世界科研人员开发分子机器的“工具箱”,开创了分子机器的发展道路。目前已有科学家在轮烷的基础上建造出一个可以抓取并连接氨基酸的分子机器人,这些微型机器人因为体积微小能够进入人体,能自动检测人体癌症细胞,还可以用将药物直接送到病患的病灶之处;还有研究人员将分子马达和长聚合物相连,形成复杂的网络,将光能储存在分子中,有望开发出新型电池及光控传感器。

新闻发布会后,本网记者采访了诺贝尔化学奖评委会成员克拉斯·古斯塔夫森(Claes Gustafsson)。他强调,本届诺贝尔化学奖的主角是分子机器,由于这些机器的制作原理是基于化学分子的研究,今年的诺贝尔化学奖获得者们可谓掀起了一场“分子革命”。

当谈到中国化学研究领域时,克拉斯表示他十分期待在未来见到更多化学领域的中国科学家。

发布会现场大屏幕上展示的3位获奖者照片
发布会现场大屏幕上展示的3位获奖者照片
参加发布会的诺奖评委会成员,左起诺贝尔化学奖评委会主席萨拉·林瑟(诺贝尔化学奖评委会主席),戈兰·汉森(瑞典皇家科学院常务秘书)以及奥洛夫·朗姆斯特伦
参加发布会的诺奖评委会成员,左起诺贝尔化学奖评委会主席萨拉·林瑟(诺贝尔化学奖评委会主席),戈兰·汉森(瑞典皇家科学院常务秘书)以及奥洛夫·朗姆斯特伦
发布会现场
发布会现场
发布会现场准备采访的记者
发布会现场准备采访的记者
(责编:林露、贺迎春)

推荐阅读

2016年9月“科学”流言榜:无籽葡萄抹了避孕药9月“科学”流言榜今天发布,无籽葡萄抹了避孕药、地铁安检后的食品不能吃等十条“科学流言”入榜。流言:时下正值吃葡萄的时节,但近日一段视频在微博、微信上大量传播,让不少人“望葡萄却步”。视频中,一位“果农”模样的男子一边搬运葡萄,一边和拍摄者对话,称无籽葡萄是“蘸了避孕药的”。真相:避孕药只有在进入人体后才能被人的响应识别机制所识别……【详细】

中科院为海外青年学者回国创新发展铺路搭桥127名中科院“百人计划”入选者及“青年千人计划”入选者,以及来自美国、英国、德国、澳大利亚和日本等国家的100余位海外优秀青年学者和中科院海外评审专家代表近日齐聚北京,交流了解国内科研领域最新情况。【详细】