諾貝爾化學(xué)獎曝“冷門(mén)”：醫療機器人和模擬生命前景可期

　　“上海制造”的分子機器

　　值得一提的是，此次獲得諾貝爾化學(xué)獎的三位教授中的兩位與中國都有很深的淵源。例如上海華東理工大學(xué)在“分子機器”領(lǐng)域就擁有一支國際領(lǐng)先的科研團隊。華理田禾院士團隊與三個(gè)新晉諾獎得主在學(xué)術(shù)科研上有著(zhù)密切的合作和交流。Stoddart教授先后于2005年和2007年兩次訪(fǎng)問(wèn)華理，并受聘為華理名譽(yù)教授。Feringa教授也于2007年到訪(fǎng)過(guò)華理，并將于下個(gè)月應邀來(lái)上海參加“2016光致變色國際研討會(huì )”，他同時(shí)還是華理化學(xué)學(xué)院副院長(cháng)曲大輝教授在荷蘭博士后工作期間的合作導師。

　　華東理工大學(xué)的張雋佶博士向記者解釋道：“廣泛地講，分子機器的含義來(lái)自于自然界。就像生命體中的ATP酶一樣，它是天然的傳導和利用物質(zhì)和能量的裝置。而此次獲獎的人造分子機器，它是運用合成與化學(xué)修飾手段構建的功能性分子或者化學(xué)體系。通常分子機器是基于合成及超分子組裝的功能性化學(xué)組分的集合，它的目的是模擬宏觀(guān)的機器工作模式，從微觀(guān)再現并產(chǎn)生作用?！?/p>

　　作為一個(gè)微型器件的化學(xué)基礎，分子或超分子必須能夠響應某種外部的刺激信號(物理的或者化學(xué)刺激)，針對性地產(chǎn)生輸出信號或者做有用功，才是實(shí)現機器功能的基本要求。張雋佶表示：“與功能性化學(xué)體系(如分子開(kāi)關(guān)、化學(xué)傳感器等)不同的是，分子機器在響應的基礎上往往還要求能夠引起組分或者分子單元間的相對機械運動(dòng)，并伴隨物質(zhì)與能量的流動(dòng)產(chǎn)生特定的機器功能?！?/p>

　　張雋佶目前在華理田禾課題組工作，據他介紹，田禾院士在“分子機器的設計和合成”領(lǐng)域的研究成果也是諾獎級的。早在2004年，田禾院士領(lǐng)銜的團隊就設計出直徑比頭發(fā)絲還細的“分子梭”和“分子算盤(pán)”，進(jìn)而運用熒光來(lái)感知其運動(dòng)軌跡，讓葡萄糖分子產(chǎn)生計算甚至是思維能力，從而在“模擬生命體，以幫助人類(lèi)恢復體力或者修復受損記憶”的高峰研究領(lǐng)域跨進(jìn)了扎實(shí)的一步。

　　這臺“上海制造”的分子機器，用通俗的語(yǔ)言來(lái)解釋?zhuān)拖袷窃谝桓竟魃洗┮粋€(gè)無(wú)底的水桶，在某種外力的作用下，水桶得以左右滑動(dòng)。當然，這是將它放大10億倍的效果。透過(guò)熒光光譜儀，才能感受它的難度系數：“木棍”由偶氮或苯乙烯分子制成，“水桶”的材質(zhì)則是由6-7個(gè)葡萄糖分子“手牽手”組成的環(huán)糊精分子，桶口直徑僅為0.6納米。田禾院士等運用光驅動(dòng)，讓“水桶”在紫外光的照射下獲得動(dòng)能，或左或右地在“棍子”上來(lái)回穿梭運動(dòng)，一個(gè)微型“分子梭”由此誕生?！澳竟?水桶”的組合與算盤(pán)頗為相似，在田禾院士等的“調教”下，“分子梭”學(xué)會(huì )了“加2”或“減2”的簡(jiǎn)單算術(shù)，成為具有原始計算功能的“分子算盤(pán)”。

　　據田禾院士介紹，一旦“分子算盤(pán)”發(fā)展成熟，電腦就可升級為容量更大、算得更快的“分子腦”，從而擺脫“摩爾定律”的極限束縛。目前，這臺“上海制造”的分子機器已躋身國際先進(jìn)行列，而其獨創(chuàng )的熒光檢測法更是成為各國科學(xué)家普遍采用的表征方式。

　　正如美國化學(xué)學(xué)會(huì )Donna Nelson教授所說(shuō)的：“全世界對于諾貝爾獎的關(guān)注度是極高的，諾貝爾獎也會(huì )影響科學(xué)界未來(lái)的研究方向，會(huì )讓分子機器領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的研究人員會(huì )涌向這一領(lǐng)域，吸引更多資金投入進(jìn)來(lái)。所以應用應該會(huì )快于預期?！?/p>

　　諾貝爾化學(xué)獎今年曝出“冷門(mén)”——頒給了屬于“純化學(xué)”范疇的“分子機器”。此前歷年的諾貝爾化學(xué)獎都授予了交叉學(xué)科，比如生物、物理、生物化學(xué)和生物物理等等。

　　法國斯特拉斯堡大學(xué)的讓-彼埃爾·索瓦(Jean-Pierre Sauvage)教授、美國西北大學(xué)的詹姆斯·弗雷澤·斯圖達(James Fraser Stoddart)爵士以及荷蘭格羅寧根大學(xué)的伯納德·費林加(Bernard Feringa)教授共同摘得了這一諾貝爾最重要的獎項。他們因在分子機器的設計和合成上的貢獻而獲獎。

　　而在這一領(lǐng)域，我國也具有領(lǐng)先世界的水準。華東理工大學(xué)的田禾院士科研團隊所從事的研究領(lǐng)域，正是“分子機器的設計和合成”。該領(lǐng)域獲得諾獎將有助于盡早實(shí)現商業(yè)化應用。