諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)中新網(wǎng)10月5日電 據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)消息，瑞典皇家科學(xué)院于當(dāng)?shù)貢r(shí)間5日宣布，將2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予讓-皮埃爾索維奇(Jean-Pierre Sauvage)，J弗雷澤斯托達(dá)特(J. Fraser Stoddart)和伯納德L費(fèi)林加(Bernard L. Feringa)，以表彰他們在分子機(jī)器設(shè)計(jì)與合成領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)人物簡介人物簡介01主要貢獻(xiàn)主要貢獻(xiàn)02前景展望前景展望03讓讓皮埃爾皮埃爾索維奇索維奇 讓讓 - 皮埃爾皮埃爾索維奇（索維奇（Jean-Pierre Sauvage），男，），男，1944年出生于法國巴黎，法年出

2、生于法國巴黎，法國化學(xué)科學(xué)家，斯特拉斯堡國化學(xué)科學(xué)家，斯特拉斯堡大學(xué)教授。大學(xué)教授。2016年年10月月5日日，因在分子機(jī)器設(shè)計(jì)與合成，因在分子機(jī)器設(shè)計(jì)與合成方面的突出貢獻(xiàn)，獲得方面的突出貢獻(xiàn)，獲得2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。杰出的美國物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德杰出的美國物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德費(fèi)曼先生費(fèi)曼先生，曾經(jīng)在，曾經(jīng)在19841984年提出了一個(gè)問題：年提出了一個(gè)問題：“制造極其微小的、制造極其微小的、有可移動(dòng)部件的機(jī)器的可能性有多大？有可移動(dòng)部件的機(jī)器的可能性有多大？”而而20162016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)則很好年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)則很好地回答了這個(gè)問題：人類目前地回答了這個(gè)

3、問題：人類目前已經(jīng)能夠做出相當(dāng)于頭發(fā)絲直已經(jīng)能夠做出相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑千分之一大小的機(jī)器。徑千分之一大小的機(jī)器。那那么登上諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)臺的分么登上諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)臺的分子機(jī)器究竟什么來頭？制造子機(jī)器究竟什么來頭？制造這號稱世界上最小的機(jī)器究這號稱世界上最小的機(jī)器究竟有多大的難度？它又能夠竟有多大的難度？它又能夠?yàn)槿祟悗碓鯓拥母Ｒ裟?？為人類帶來怎樣的福音呢？下面就讓我們走進(jìn)分子機(jī)器下面就讓我們走進(jìn)分子機(jī)器的微妙世界。的微妙世界。這個(gè)這個(gè)“機(jī)器機(jī)器”不簡單不簡單一提到機(jī)器，我們首先都會(huì)聯(lián)想到金屬材一提到機(jī)器，我們首先都會(huì)聯(lián)想到金屬材質(zhì)的大型機(jī)器。然而我們這里要講的分子質(zhì)的大型機(jī)器。然而我們這里要講的分子機(jī)

4、器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行機(jī)器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行使某種加工功能的機(jī)器，其構(gòu)件主要是蛋使某種加工功能的機(jī)器，其構(gòu)件主要是蛋白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機(jī)器就白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機(jī)器就是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，是以原子為材料，可以稱之為目前世界上是以原子為材料，可以稱之為目前世界上的最小機(jī)器。這種的最小機(jī)器。這種“世界上最小的機(jī)器世界上最小的機(jī)器”是在分子層面上設(shè)計(jì)開發(fā)出來的機(jī)器，可是在分子層面上設(shè)計(jì)開發(fā)出來的機(jī)器，可以進(jìn)行可控的運(yùn)動(dòng)，在向其充能時(shí)

5、可移動(dòng)以進(jìn)行可控的運(yùn)動(dòng)，在向其充能時(shí)可移動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)表示，分執(zhí)行特定任務(wù)。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)表示，分子機(jī)器將最有可能應(yīng)用于開發(fā)新的材料、子機(jī)器將最有可能應(yīng)用于開發(fā)新的材料、傳感器和能量存儲系統(tǒng)。傳感器和能量存儲系統(tǒng)?！叭阶呷阶摺痹斐龇肿訖C(jī)器造出分子機(jī)器作為世界上最小的機(jī)器，實(shí)現(xiàn)納米尺度作為世界上最小的機(jī)器，實(shí)現(xiàn)納米尺度上的驅(qū)動(dòng)與空寂，難度可想而知。相較上的驅(qū)動(dòng)與空寂，難度可想而知。相較于技術(shù)操作上的高難度，分子機(jī)器的設(shè)于技術(shù)操作上的高難度，分子機(jī)器的設(shè)計(jì)原理就簡單許多。通常，分子是由原計(jì)原理就簡單許多。通常，分子是由原子間形成的共價(jià)鍵組成的，比如兩個(gè)氫子間形成的共價(jià)鍵組成的，

6、比如兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子由共價(jià)鍵連接形成水原子和一個(gè)氧原子由共價(jià)鍵連接形成水分子。但是，分子機(jī)器卻是在非共價(jià)鍵分子。但是，分子機(jī)器卻是在非共價(jià)鍵弱相互作用力下由不同的構(gòu)筑基元組裝弱相互作用力下由不同的構(gòu)筑基元組裝而成，就像堆積木，不同形態(tài)的積木組而成，就像堆積木，不同形態(tài)的積木組合成不同的結(jié)構(gòu)，而后通過化學(xué)反應(yīng)使合成不同的結(jié)構(gòu)，而后通過化學(xué)反應(yīng)使這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)固下來。這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)固下來。那么，科學(xué)家又是怎樣一步一步實(shí)現(xiàn)了那么，科學(xué)家又是怎樣一步一步實(shí)現(xiàn)了分子機(jī)器的組裝呢？分子機(jī)器的組裝呢？讓-皮埃爾索維奇把分子聚集在一個(gè)銅離子周圍他的研究組構(gòu)建了一個(gè)環(huán)狀的分子他的研究組構(gòu)建了一個(gè)環(huán)狀的分子和一個(gè)新

7、月形的分子，并使這兩種和一個(gè)新月形的分子，并使這兩種分子能夠被銅離子吸引；銅離子作分子能夠被銅離子吸引；銅離子作為凝聚力讓這些分子呆在一起。接為凝聚力讓這些分子呆在一起。接下來，研究組利用化學(xué)手段將新月下來，研究組利用化學(xué)手段將新月形的分子和另一個(gè)分子形的分子和另一個(gè)分子“焊接焊接”到到一塊，這樣一來，另一個(gè)環(huán)就形成一塊，這樣一來，另一個(gè)環(huán)就形成了了它與之前的環(huán)狀分子組成了它與之前的環(huán)狀分子組成了鎖鏈的第一個(gè)環(huán)扣。這時(shí)，研究者鎖鏈的第一個(gè)環(huán)扣。這時(shí)，研究者能夠移走已經(jīng)完成任務(wù)的銅離子。能夠移走已經(jīng)完成任務(wù)的銅離子。讓讓-皮埃爾皮埃爾索維奇很快意識到分子鎖索維奇很快意識到分子鎖鏈（稱為鏈（稱為“

8、索烴索烴”，catenanes）并）并不只是一類新的分子。他認(rèn)識到自不只是一類新的分子。他認(rèn)識到自己已經(jīng)邁出了創(chuàng)造分子機(jī)器的第一己已經(jīng)邁出了創(chuàng)造分子機(jī)器的第一步。步。弗雷澤斯托達(dá)特：把一個(gè)分子環(huán)串到了一個(gè)分子軸上斯托達(dá)特開發(fā)出了讓他獲得斯托達(dá)特開發(fā)出了讓他獲得2016年年度諾貝爾獎(jiǎng)的分子，利用的正是分度諾貝爾獎(jiǎng)的分子，利用的正是分子間的互相吸引。子間的互相吸引。1991年他的團(tuán)隊(duì)年他的團(tuán)隊(duì)造出了一個(gè)開環(huán)，上面缺乏電子；造出了一個(gè)開環(huán)，上面缺乏電子；還造出一根長棒（輪軸），這根軸還造出一根長棒（輪軸），這根軸上有兩處富集電子。當(dāng)這兩種分子上有兩處富集電子。當(dāng)這兩種分子在溶液中相遇時(shí)，缺電子的那個(gè)

9、就在溶液中相遇時(shí)，缺電子的那個(gè)就會(huì)被有電子的那個(gè)吸引，于是環(huán)被會(huì)被有電子的那個(gè)吸引，于是環(huán)被套進(jìn)了軸上，接下來把環(huán)加以閉合套進(jìn)了軸上，接下來把環(huán)加以閉合，讓環(huán)不會(huì)掉下來。于是他們以極，讓環(huán)不會(huì)掉下來。于是他們以極高的產(chǎn)率得到了高的產(chǎn)率得到了“輪烷輪烷”：一個(gè)環(huán)：一個(gè)環(huán)狀分子以機(jī)械作用套在一個(gè)軸上。狀分子以機(jī)械作用套在一個(gè)軸上。1994年，斯托達(dá)特改進(jìn)了他的設(shè)年，斯托達(dá)特改進(jìn)了他的設(shè)計(jì)，讓鏈狀分子的兩端分別帶有計(jì)，讓鏈狀分子的兩端分別帶有不同的結(jié)合位點(diǎn)，這一新的分子不同的結(jié)合位點(diǎn)，這一新的分子穿梭機(jī)在水溶液中試驗(yàn)成功。改穿梭機(jī)在水溶液中試驗(yàn)成功。改變?nèi)芤旱乃釅A度，可以讓環(huán)狀分變?nèi)芤旱乃釅A度，可以

10、讓環(huán)狀分子在位點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)可逆的來回移動(dòng)子在位點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)可逆的來回移動(dòng)，使得該，使得該“穿梭機(jī)穿梭機(jī)”在某種程度在某種程度上變成了一種可逆型開關(guān)。這種上變成了一種可逆型開關(guān)。這種可逆型開關(guān)在未來不僅可用于制可逆型開關(guān)在未來不僅可用于制造熱敏、光敏或是感受特定化學(xué)造熱敏、光敏或是感受特定化學(xué)物質(zhì)的傳感器，還可用做體內(nèi)納物質(zhì)的傳感器，還可用做體內(nèi)納米級藥物載體的開關(guān)，在正確的米級藥物載體的開關(guān)，在正確的時(shí)間和地點(diǎn)釋放藥物。時(shí)間和地點(diǎn)釋放藥物。費(fèi)林加：建造了第一個(gè)分子馬達(dá)費(fèi)林加：建造了第一個(gè)分子馬達(dá)而費(fèi)林加則完成了第三步，成功開發(fā)而費(fèi)林加則完成了第三步，成功開發(fā)出了世界上第一個(gè)分子馬達(dá)。出了世界上第一個(gè)分

11、子馬達(dá)。1999年，年，費(fèi)林加發(fā)明出了可以向同一個(gè)方向不費(fèi)林加發(fā)明出了可以向同一個(gè)方向不停旋轉(zhuǎn)的分子轉(zhuǎn)子葉片：它含有兩個(gè)停旋轉(zhuǎn)的分子轉(zhuǎn)子葉片：它含有兩個(gè)相同的葉片單元，當(dāng)分子被暴露在紫相同的葉片單元，當(dāng)分子被暴露在紫外線光的脈沖下，一個(gè)動(dòng)葉片圍繞中外線光的脈沖下，一個(gè)動(dòng)葉片圍繞中間的雙鍵跳了間的雙鍵跳了180度。然后，棘輪移動(dòng)度。然后，棘輪移動(dòng)到指定位置。隨著下一個(gè)光脈沖的帶到指定位置。隨著下一個(gè)光脈沖的帶來，動(dòng)葉片又跳了來，動(dòng)葉片又跳了180度。如此持續(xù)下度。如此持續(xù)下去，分子馬達(dá)就會(huì)朝同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)去，分子馬達(dá)就會(huì)朝同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)起來?，F(xiàn)在他的研究小組已經(jīng)將其優(yōu)起來。現(xiàn)在他的研究小組已經(jīng)將

12、其優(yōu)化，轉(zhuǎn)速可達(dá)每秒化，轉(zhuǎn)速可達(dá)每秒1200萬轉(zhuǎn)。利用分子萬轉(zhuǎn)。利用分子馬達(dá)，他驅(qū)動(dòng)了一個(gè)馬達(dá)，他驅(qū)動(dòng)了一個(gè)28微米長、比馬微米長、比馬達(dá)本身大達(dá)本身大1萬倍的玻璃圓筒。萬倍的玻璃圓筒。2011年時(shí)，研究組還制造了一個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)納米車，一年時(shí)，研究組還制造了一個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)納米車，一個(gè)分子底盤將四個(gè)馬達(dá)聯(lián)結(jié)在一起，當(dāng)作車輪使用。個(gè)分子底盤將四個(gè)馬達(dá)聯(lián)結(jié)在一起，當(dāng)作車輪使用。當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，納米車就在表面上向前行駛。當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，納米車就在表面上向前行駛。前景展望前景展望科學(xué)家們表示，未來分子機(jī)器的應(yīng)用前景將是科學(xué)家們表示，未來分子機(jī)器的應(yīng)用前景將是“無限的無限的”：分子機(jī)器可：分子機(jī)器可以搭載藥物，進(jìn)

13、行藥物的定點(diǎn)精確釋放；它還可以成為微小的存儲單元以搭載藥物，進(jìn)行藥物的定點(diǎn)精確釋放；它還可以成為微小的存儲單元，進(jìn)行高密度存儲等。，進(jìn)行高密度存儲等?？茖W(xué)家認(rèn)為，分子機(jī)器的誕生是一次具有深遠(yuǎn)意義的革命，很有可能做科學(xué)家認(rèn)為，分子機(jī)器的誕生是一次具有深遠(yuǎn)意義的革命，很有可能做出在血管中流動(dòng)的機(jī)器人，然后找到惡性腫瘤組織，釋放治癌藥物，徹出在血管中流動(dòng)的機(jī)器人，然后找到惡性腫瘤組織，釋放治癌藥物，徹底攻克癌癥。除了可以用于治療疾病，考慮到分子機(jī)器大小僅有頭發(fā)粗底攻克癌癥。除了可以用于治療疾病，考慮到分子機(jī)器大小僅有頭發(fā)粗細(xì)的千分之一，還可以將其置于體內(nèi)監(jiān)測人體的健康狀況，應(yīng)用于預(yù)防細(xì)的千分之一，還

14、可以將其置于體內(nèi)監(jiān)測人體的健康狀況，應(yīng)用于預(yù)防疾病等方面。疾病等方面。從發(fā)展的角度看，現(xiàn)在的分子馬達(dá)就相當(dāng)于從發(fā)展的角度看，現(xiàn)在的分子馬達(dá)就相當(dāng)于1830年代的電動(dòng)馬達(dá)，那時(shí)年代的電動(dòng)馬達(dá)，那時(shí)的研究者會(huì)在實(shí)驗(yàn)室里驕傲地展示各式各樣的旋轉(zhuǎn)曲柄和動(dòng)輪，而絲毫的研究者會(huì)在實(shí)驗(yàn)室里驕傲地展示各式各樣的旋轉(zhuǎn)曲柄和動(dòng)輪，而絲毫不知這些東西將導(dǎo)向電動(dòng)火車、洗衣機(jī)、風(fēng)扇和食物處理器。不知這些東西將導(dǎo)向電動(dòng)火車、洗衣機(jī)、風(fēng)扇和食物處理器。這個(gè)這個(gè)“機(jī)器機(jī)器”不簡單不簡單一提到機(jī)器，我們首先都會(huì)聯(lián)想到金屬材一提到機(jī)器，我們首先都會(huì)聯(lián)想到金屬材質(zhì)的大型機(jī)器。然而我們這里要講的分子質(zhì)的大型機(jī)器。然而我們這里要講的分子機(jī)器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行機(jī)器，是指由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成、能行使某種加工功能的機(jī)器，其構(gòu)件主要是蛋使某種加工功能的機(jī)器，其構(gòu)件主要是蛋白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機(jī)器就白質(zhì)等生物分子。簡單地說，分子機(jī)器就是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納是由三位科學(xué)家通過人工創(chuàng)造的一種比納米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，米尺度還小的新物質(zhì)。這種分子特別小，是以原子為材