三位科学家制造出比人类发丝尺寸还小的汽车和设备，为新型工业奠基
撰文：Josh Fischman 于2016年10月5日
Bernard Feringa教授第一次制作出分子机器并观察到其运动时，被深深地震惊了。当教授接到来自斯德哥尔摩的电话，告诉他他的研究工作当选今年的诺贝尔化学奖时，他感觉同样震惊。
Feringa教授和化学家Jean-Pierre Sauvage以及Sir. J. FraserStoddart共同分享了923,000美元的奖金，以表彰他们构建最小尺度上的机器的工作——十一分之一米的纳米机器，这比头发丝的千分之一还小。三位科学家的部分研究成果，分子马达、分子电梯、分子肌肉，甚至是微型四轮车，被诺贝尔奖委员会提名，表彰其成功构造并制造能量驱使微型设备移动的工作。
Feringa教授和诺贝尔奖委员会在采访中强调。这些分子机器的实际用途还尚未清楚，但是他们可能过于谦虚了。基于这些纳米尺度的机器的设计原理已经开始改变未来的机器。近期ScientificAmerican关于纳米机器人的报道称，可以通过血管输送并且纳米材料可以检测重要器官的健康状况。并且早在2007年，Stoddart教授的部分工作就被该期刊着重报道过。
Sauvage教授生于1944年，任职于在法国的斯特拉斯堡大学（University of Strasbourg）。Stoddart教授1942年出生，目前就职于埃文斯顿的西北大学。Feringa教授生于1951年，现在荷兰格罗宁根大学任职。
Sauvage是首位在微型机器领域迈出巨大进步的学者，1983年，当他将两个环状的分子链接成一条链时，一个组件可以自由的绕着另一个移动，并不是被固定住。假若一台机器需要完成一项任务，那么首要条件就是实现相关运动。瑞典皇家理工学院的化学家，诺贝尔奖委员会成员Olof Ramstrom评论说：两个互锁的环满足了这个要求。
随后，在1991年Stoddart教授展示了分子可以被局部控制。他和他的研究团队把分子环穿到一个细的分子轴上，并将其移动到不同的位置，然后再返回。这个环可以保持在这个轴上，因为这两个组件有互补的电子基团，使它们保持相连，但能轻松地相对移动。当Stoddart 给这个组件加热，激发了分子轴上各个环节的电子，就使得环上下滑动。这种类型的控制给分子设备铺平了道路。例如可以上下移动的分子电梯，和可以伸张和收缩的分子肌肉。
Feringa的想法是通过附加能量驱使旋转移动，这是是一个真正的马达的基础。1990年，他制造了一个可以沿一个方向旋转的分子转子叶片，这项研究克服了分子基本的无规则运动。到2014年，这个马达每秒可以旋转12000转。并且，他用他的马达驱动了比其10000倍大的玻璃圆筒。他的团队则用几个马达和驱动轴制造了一个四轮驱动的纳米车。
这一切对改变我们的生活有什么意义吗？许多评论者把这和19世纪科学家刚刚制造出用电驱动的大型机器时相比较。而今天，我们有了电钻、洗衣机和汽车。Feringa则将自己和莱特兄弟相比较，他说：当莱特刚刚制造出飞行机器时，人们很兴奋但是也思考这个机器会不会有一天走向应用。但是现在我们有了波音747飞机。他认为，分子机器的应用范围将从治疗癌症的机器人到小型的驱动计算机的能量存储装置。
身为美国化学会主席的化学家Donna Nelson评价道：“我觉得这个课题对于科学来说是一个传奇。诺贝尔奖的颁发激励了更多的研究者对这项课题的关注，并且还会吸引更多的资金支持。”Nelson还指出微型机器这个领域对于孩子来说是非常神奇的，因为他们能真实的看见并且想像一个纳米汽车。这对于激励下一代的科学家来讲是很有意义的。
灵感造就成功。今天的诺贝尔奖获得者受到启发，为他们所在的领域做出很多贡献。另一个诺贝尔奖获得者，物理学家Richard Feynmann在其1959年的演讲中谈到最小尺度的结构。他谈到的题目是“底层有更广阔的空间”。而今天，底层的空间证明了，这是一条通往科学世界顶端的道路。
翻译：田承硕
审稿：董子晨曦
原文链接：https://www.scientificamerican.com/article/molecular-machine-makers-grab-the-2016-nobel-prize-in-chemistry1/
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