武大客座教授发明“世界最小的机器” 问鼎诺贝尔奖

法国科学家皮埃尔·索瓦日与另外两名科学家分享诺贝尔化学奖。索瓦日现为武汉大学与武汉科技大学客座教授，曾来汉与师生进行学术交流，做过与“分子机器”有关的主题讲座，乐向世界推介武汉科研成果。

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、电风扇上被广泛运用，给人类生活带来翻天覆地的变化。正如当年的电动马达一样，分子机器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，为人类的未来提供了无限可能。

据新华社电 瑞典皇家科学院5日宣布，将2016年诺贝尔化学奖授予让-皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特、伯纳德·费林加这三位科学家，以表彰他们在分子机器设计与合成领域的贡献。

分子机器是指在分子层面的微观尺度上设计开发出来的机器，在向其提供能量时可移动执行特定任务。诺贝尔奖评选委员会在声明中说，这三位获奖者发明了“世界上最小的机器”，将化学发展推向了一个新的维度。

据介绍，三位获奖者完成了分子机器设计与合成的“三步走”：第一步，索瓦日成功合成了一种名为“索烃”的两个互扣的环状分子，而且这两个分子能够相对移动；第二步，斯托达特合成了“轮烷”，即将一个环状分子套在一个哑铃状的线形分子轴上，且环状分子能围绕这个轴上下移动，并成功实现了可以上升高度达0.7纳米的“分子电梯”和可以弯折黄金薄片的“分子肌肉”；第三步，费林加设计出了在构造上能向一个特定方向旋转的分子马达，这个马达可以让一个28微米长、比马达本身大1万倍的玻璃缸旋转起来。有了这三步，分子机器就可以动起来了。

评选委员会表示，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。

费林加在现场电话连线时说，得奖消息令自己“很震惊”，同时感到荣幸。他表示，荣誉属于全体科研合作者，大家的共同努力才成就了如此骄人的成果。费加林对其获奖成就解释说：“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。”

今年诺贝尔化学奖奖金共800万瑞典克朗（约合93.33万美元），将由这三位获奖者平分。

世界最小机器诞生历程

第1步

迈向分子机器的第一步是索瓦日于1983年实现的，他成功将两个环状分子扣在一起，形成一种名为“索烃”的链条。通常情况下，分子是由原子间共享电子对构成的强共价键连接而成，而“索烃”链上的分子间主要依靠相对较为自由的机械相互作用连接，不被任何价键连接。对于一个能够完成特定任务的机器来说，必须有能够相互移动的部件组成，而索瓦日实现了两个互锁环状分子的相对移动。

第2步

到了1991年，斯托达特实现了分子机器诞生的第二步，他成功合成了“轮烷”。轮烷是一个或多个环状分子和一个或多个哑铃状的线形分子为轴组成的分子集合。哑铃状的线形分子作轴穿过环状分子的空腔，两端结合有体积较大分子以防止线形分子滑出，从而形成了稳定的轮烷结构。

第3步

费林加则是研发出分子马达（分子发动机）的第一人。1999年，他研制了一个分子转子叶片，叶片能够朝着同一方向持续旋转。这个马达可以让一个28微米长、比马达本身大1万倍的玻璃缸旋转起来。2011年，费林加的研究小组在分子马达的基础上制造了一款四驱纳米汽车，一个分子底盘将4个分子马达连接在一起作为轮子，当分子马达旋转时，纳米汽车就能向前行驶。至此，分子机器动起来了。

他们的成就

他们三人做出了只有头发丝千分之一粗细的分子机器，成功地将分子连在一起，共同设计了包括微型电梯、微型电机还有微缩肌肉结构在内的所有分子机器。

三位科学家的成就能够获得诺奖青睐，就在于他们的研究促使分子系统摆脱了平衡态，并能受控执行特定任务，为化学的发展开启了一个新世界。

分子机器为未来提供无限可能

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；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。

正如当年的电动马达一样，分子机器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，为人类的未来提供了无限可能。