瑞典皇家科学院当地时间5日宣布，将2016年诺贝尔化学奖授予法国科学家绍瓦热，英国科学家斯托达特，和荷兰科学家费林加。以表彰他们在分子机器设计与合成领域的贡献。这三名科学家将平分约合620万元人民币的奖金。

据介绍，这个分子机器比头发丝的千分之一还细，被称为“世界上最小的机器”。那么，分子机器会对我们的生活有怎样的影响？

什么是分子机器？

分子机器究竟是什么？这要从分子说起。分子，人们并不陌生，它是构成物质的一种基本粒子，在物理上，物质大多数是由原子构成的分子组成，通常使用显微镜来观测。

鲜为人知的是，分子本身是具有特定结构的，能够相互作用，能够识别，甚至能够“动”起来。当然，要让它动起来，需要研发一种机器，这种机器就是三位诺奖获得者所做出来的分子机器。

据诺奖官网的介绍，分子机器是“世界上最小的机器”，包括一部微型“起重机”，几块人工“肌肉”和微型“马达”。

别小看这个机器，它和历史上的电动马达有着很大的相似之处。19世纪30年代，电动马达问世，然而，在那个年代科学家看来，电动马达只是各种各样的旋转曲柄和轮子，却没意识到这些东西将导致电车、洗衣机、风扇以及食品加工机的产生，并彻底改变了世界。今天，分子机器则被认为很有可能将在新材料、传感器以及储能系统的研发中得到应用。

分子机器是如何造出来的？

据诺奖官网的介绍，简单来说，制造分子机器只需要三步，这三步也分别是由这三位获奖者做出来的。

第一步是将两个环状分子连接在一起。1983年，绍瓦热实现了这一步，他成功地将两个环状分子连接在一起，形成了一条特殊的链，即双环化合物，并命名其为“索烃”。

一般来说，一个能够执行任务的机器，必须包含可以相对移动的部分，“索烃”正好满足了这个条件。

接下来是第二步，利用一个分子推动另一个分子运动。斯托达特实现了这一点，1991年，他成功合成出了“轮烷”，即将一个环形分子套在一个线性分子上，如此，环形分子就能以线性分子为轴，进行运动。

在此基础上，他设计出了分子“起重机”，分子“肌肉”和分子计算芯片。

第三步是设计分子马达。费林加就是第一个研究出分子马达的人。1999年，他研制出一个分子旋转叶片，能够朝一个方向持续旋转——这个东西就是分子马达。

在这个基础上，他成功让一个玻璃圆筒开始旋转，要知道，这是一个比分子马达大上1万倍的圆筒。后来，他又设计了一辆纳米小车。至此，他将分子由稳态变为能够运动的状态，并初步实现控制。

分子机器会怎样改变我们的生活？

中科院院士田禾介绍，生物体内的很多活动，其实都有赖于分子机器的运转。科学家研究细胞分裂、DNA复制、物质运输、肌肉收缩等生命活动，追溯到分子层面后，发现它们都是众多分子机器做功的结果。因此，化学家可以和生命科学家合作，通过设计、合成分子机器来模拟各种生命现象。

诺贝尔奖评审委员会指出，目前，分子机器处在概念应用阶段，尽管分子机器目前还没有实际的应用，未来它会怎样改变人类的生活？据介绍，它有望用于更精准的疾病检测、药物输送，超高密度信息存储、能量存储，新材料、传感器等众多领域，应用前景不可限量。

进入人体细胞，还能“撑”死癌细胞

记者在采访中得知，分子机器还可应用于尖端的生物医学领域。南京工业大学先进材料研究院研究员秦天石博士举例，如在针对癌症患者的肿瘤治疗中，分子机器便可以派上大用场。

肿瘤细胞本身就已足够微小，小到现在的机器人技术根本无法进入。此时，“身量短小”的分子机器便有了用武之地，它可以通过血液的流动，进入人体的正常细胞和癌症细胞内。而和正常细胞相比，癌症细胞的细胞膜较为脆弱。如果在人体外施加电磁场或是加热的引导，人体细胞里的分子机器便能感受到外界的能量，从而发生形变，使得体积变大。变大后的分子机器就会撑破癌细胞的细胞膜，从而使癌细胞的“生存质量”大打折扣，甚至是死亡。秦天石介绍，目前，这项研究已经在国内科学家的努力下取得了阶段性的进展，使得这一展望有了实现的可能。

除了在生物医学领域的应用，分子机器在半导体领域也有突出的贡献。通过对于信息储存方式的改变，未来，你可能再也不会抱怨U盘的储存空间不够大了，因为分子机器的应用，你的U盘可以存进更多的照片和视频影像资料等。

南工教授正开发“超长待机”电池

南京工业大学林宗琼博士告诉记者，分子机器的核心其实是分子尺度可控的机械运动。将分子运动的“超分子作用力”运用到有机半导体和柔性电子领域，实现“超分子作用力”对半导体性能的可控调节，会给柔性电子材料的研究带来新的研究机遇。

以中国科学院院士，南京工业大学校长黄维教授为首的先进材料研究团队，正在探索将石墨烯等有机光电材料应用于可携带电池的研发。“超长待机电池”的特点是寿命超长、存储量大，充一次电后使用时间可达一周以上，电池使用寿命可延长至10-15年。

除了可穿戴设备外，柔性电子还可应用在健康指数、医疗检测、生命体征等健康医疗领域。黄维院士举例说，只要将生物智能芯片植入独居的老人体内，便可进行全程适时监控老人的各项生理指标，诸如脑血栓、高血压之类病情一旦发生显著变化，便会经由智能芯片第一时间发送给家人和附近的医疗机构，赢得抢救的黄金时间。

两位获奖者和中国颇有渊源

“今年的诺奖是对分子机器领域发展方向的肯定，中国在该领域起步较晚，但目前已有一大批年轻人从事这方面研究。”复旦大学化学系教授黎占亭介绍，除了绍瓦热教授已退休外，另外两位获奖者的实验室中，都有很多中国留学生，他们为中国培养了不少人才。华东理工大学、吉林大学、武汉大学、浙江大学和中国科学院等，都有斯托达特和费林加的学生在开展科研。

△荷兰科学家费林加

浙江大学化学系特聘研究员李昊就是斯托达特的学生。他说，斯托达特非常喜欢招收中国留学生，因为中国学生非常勤奋，他喜欢中国人努力的工作态度。由此，斯托达特也很喜欢来中国，2005年被华东理工大学授予名誉教授，他还是天津大学的兼职教授。

虽然这是项离现实应用还比较遥远的研究，却使科学家对分子运动的操控达到了前所未有的新高度。其实，在生命体中，科学家早就看到了分子机器的存在，但生物分子机器结构和机制复杂，一旦可以通过化学方法实现对分子机器的精确构建，将可能引来材料和信息技术的新一轮大发展。

来源：央视新闻

编辑：姚 兰

编审：孙国海