http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2016-10-06
发明世界上最小机器 三人获诺贝尔化学奖
5日，瑞典斯德哥尔摩，2016年诺贝尔化学奖在瑞典皇家科学院揭晓。
以表彰他们在分子机器设计与合成领域的贡献，未来可能将用于开发新材料、新型传感器等
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。
让-皮埃尔·索瓦日出生在法国，目前在法国斯特拉斯堡大学工作；弗雷泽·斯托达特出生在英国，目前在美国西北大学工作；伯纳德·费林加出生在荷兰，目前在荷兰格罗宁根大学工作。
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。
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。
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。 据新华社
■ 背景
诺贝尔化学奖
曾有171人获奖一人梅开二度
化学奖是众多诺贝尔奖中最重要的奖项之一，诺贝尔奖的发起人阿尔弗雷德·诺贝尔本人就是一名化学家。诺贝尔的不少发明和成就，都是以化学知识为基础发展起来的。根据诺贝尔的遗愿，诺贝尔化学奖授予“在化学领域做出最重大发现或进展的人”。
受战争和“宁缺毋滥”影响 八年未颁发
诺贝尔化学奖由瑞典皇家科学院从1901年开始负责颁发，至今总共颁发了107次。期间只有1916、1917、1919、1924、1933、1940、1941和1942这八年没有颁发。
诺贝尔奖奖项空缺，除了受到两次世界大战影响之外，还受到了诺贝尔奖组委会“宁缺毋滥”的评奖理念的影响。
该奖项于每年12月10日，即阿尔弗雷德-诺贝尔逝世周年纪念日颁发。截至2015年，诺贝尔化学奖共有172位获奖者。其中英国生物化学家弗雷德里克-桑格在1958年和1980年两次获得诺贝尔奖，因此历史上获得诺贝尔奖的总共只有171人。
在被颁出的106次诺贝尔化学奖中，有63次被颁给了单独的个人，23次同时颁给两人，21次同时颁给三人，三人是诺奖单项获奖人数的上限。
与居里一家“有缘”母女和女婿均获奖
诺贝尔化学奖获奖者的平均年龄是58岁。迄今为止，最年轻的诺贝尔化学奖得主是法国科学家弗雷德里克·约里奥。1935年获奖时约里奥只有35岁。值得一提的是，约里奥的妻子是居里夫人的长女伊伦·居里。1935年夫妇二人因在合成新型放射性元素方面有突出贡献，而被同时授予诺贝尔化学奖。
美国化学家约翰·芬恩2002年获得诺贝尔化学奖时已是85岁高龄，系最年迈获奖者。
此外，除了居里夫人的长女外，历史上还有3名女性获得过诺贝尔化学奖。其中，有2人是单独得奖：居里夫人1911年获奖，此前在1903年，她已经获得过诺贝尔物理学奖；1964年，英国生物化学家多萝西·玛丽·霍奇金因促进蛋白质晶体学发展而单独获奖。
最近一次获得诺贝尔奖的女性是以色列科学家阿达·约纳特。2009年，她凭借在核糖体的结构和功能研究方面的突出贡献，与另外两人一同获奖。（宗和）
■ 科普
“世界最小机器”是怎么设计出来的？
世界上存在小到只有千分之一头发丝粗细的机器吗？答案就是刚刚助力三位科学家摘得2016年诺贝尔化学奖的分子机器。
人类是如何用自己一双大手来制造出需要电子显微镜才能观察到的“世界最小机器”？这是一个关于科学家们如何将分子成功连接起来并设计出从微型电梯、微型发动机到分子肌肉的故事。
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。据新华社
■ 身边人看诺奖
2016年诺贝尔化学奖公布后，针对三位获奖科学家在分子机器设计与合成领域的贡献，以及他们发明出的“世界上最小的机器”，记者询问了一些大学生和小学生，了解一下身边人对此有何看法。实习生 李晨晖
你认为“分子机器”是个什么样的存在？
清华化学系（大一）：分子机器应该是和传统的机器没有很大差别，都是一种能源做功的机器，但分子机器的尺寸非常小，且与传统机器的功能用途有所不同。
北外英语系（大三）：分子机器应该是一种在分子层面制作出来的超小型工具吧，这种机器有分子结构，有一定动力系统。
小学生（五年级）：非常非常小，它最大的优点就是小，能够做很多大机器完成不了的事情。
你觉得机器最小能做到多小？
清华化学系（大一）：分子机器可以做到纳米级别的大小，毕竟分子机器需要完成做功，所以还是需要一个比较大的分子才能具有机器的功能。
北外英语系（大三）：机器即使做得再小也应该包含一些必要的结构。我知道的最小单位就是纳米了，分子机器也可以做到纳米级吧。
小学生（五年级）：比芝麻还要小，比跳蚤还要小的，需要放在显微镜下才能看得到。
对于分子机器的未来用途，你有何猜想？
清华化学系（大一）：分子机器与分子生物学和仿生学密不可分，如果化学能够实现分子机器的合成，将能够在医疗、生化研究等领域发挥重要作用。
北外英语系（大三）：比如在医疗领域制造一种超分子的小车运送体内有用物质，在极其微小的空间里能够游刃有余地开展运输任务。
小学生（五年级）：人的身体里有器官生病了，可以把这种小机器放进身体里去进行修复。
【新京报网】
“千人计划”学者获得诺贝尔化学奖
人民网斯德哥尔摩10月6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（OlofRamstr?m）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.FraserStoddart)，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（ClaesGustafsson）。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。
【人民网】