(斯德哥尔摩6日讯)今年的诺贝尔化学奖,由欧洲3名研发分子机器的科学家获得,他们发明可控制活动的分子,制成等于头发千分之一幼的升降机、人工肌肉、马达(发动机)以至汽车,令世界迈向比纳米更小的微型机器革命。
这3位得奖者分别是法国的索瓦热、英国籍旅美的斯托达特和荷兰的费林加,三人“设计和合成出分子机器”。
随著科学进步,科学家不断尝试合成制造更复杂的分子。评审团指,在20世纪中,化学家已尝试制造分子链环,但一般只能以原子之间共享电子的共价键(covalent bond)连接分子环,徒具链形。
索瓦热在1983年用铜离子成功合成的索烃(catenane),两个分子环是真正意义上的机械互扣,可各自活动,踏出可用分子进行机械活动的第一步。他的团队在1994年进一步制造一种索烃,当加上能量时,其中一个分子环可独立转动。
斯托达特则早一些实现了控制分子作机械移动的梦想。他在1991年成功合成的轮烷(rotaxane),能控制分子环在分子轴上来回移动,有如一架穿梭巴士。
开发“轮烷晶片”
他的团队后来用轮烷造了多款新奇的分子机器,像可升高0.7纳米的分子升降机,又由轮烷制造人工肌肉,拗曲一块很薄的金箔,并开发了“轮烷晶片”,以分子环的移动位置充当电脑的0和1作运算。
攻克横移直移的一关后,分子机器下一个里程碑,是控制分子持续各同一方向转动。费林加在1999年制成首个分子马达,以紫外线驱动叶片转动,不断改良下转速不断提高,到2014年达到每秒1200周。
斯托达特的团队更在2011年用4个分子马达,制造了一架纳米车(nanocar),在平面上可向前行。
只有天空才是极限
评审团指出:“分子马达现时的发展状态,就像1830年代的电动马达,当年科学家展示形形式式的曲柄和轮子,没想到日后会带来电力化火车,洗衣机、风扇和食物处理机器。”
分子机器除了可能有医疗用途,亦可能用来研发新的物料、感应器和能源储蓄系统机。评审汉松指,分子机器的应用发展前景“只有天空才是极限”。