伯納德·費林加表示,當“我們第一次啟動分子機器並看到運動時”,他感到震驚。這位化學家說,今天早上他接到斯德哥爾摩的電話,告知他的工作為他贏得了今年諾貝爾化學獎的一部分,他同樣感到震驚。
費林加與化學家讓-皮埃爾·索瓦日和弗雷澤·斯托達特爵士分享了該獎項,以及約 923,000 美元的獎金,以表彰他們在奈米尺度(比頭髮寬度小一千倍,或十億分之一米)上構建機器。諾貝爾委員會列舉了分子馬達、電梯、肌肉,甚至微型四輪驅動汽車,作為這三位科學家的部分發明,他們掌握了構建技術和創造能量使物體運動的能力。
諾貝爾委員會的科學家,以及費林加本人在一次採訪中,都強調實際應用尚未制定出來,但也許他們過於謙虛了。基於這些設計原理的奈米級機器已經開始塑造醫學的未來:《大眾科學》最近報道了可以透過血管傳送的奈米機器人和可以監測重要器官健康的奈米材料。斯托達特的一些工作在 2007 年的雜誌一篇文章中得到了強調。
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索瓦日於 1944 年出生於法國斯特拉斯堡大學工作。斯托達特於 1942 年出生,現任職於伊利諾伊州埃文斯頓的西北大學。費林加出生於 1951 年,在荷蘭格羅寧根大學工作。
索瓦日是 1983 年朝著微型機器邁出重要一步的第一人,當時他連線了兩個環狀分子形成一條鏈,其中一個元件可以相對於另一個自由移動,而不是固定到位。為了使機器能夠執行任務,其部件必須能夠相對於彼此移動。斯德哥爾摩皇家理工學院 KTH 的化學家,同時也是諾貝爾化學委員會成員奧洛夫·拉姆斯托姆說,這兩個相互鎖定的環滿足了這一要求。
然後,在 1991 年,斯托達特展示了分子部件可以被控制。他和他的團隊將一個分子環穿到一個細分子軸上,並將其移動到不同的部分,然後再移回。環保持在這個軸周圍,因為這兩個元件具有互補的電子基團,使它們保持在一起,但又足夠鬆散以移動。當斯托達特新增熱量——激發軸各個部分的電子時——環上下滑動。這種型別的控制為包括分子電梯(上下移動)和分子肌肉(可以伸縮)在內的裝置奠定了基礎。
費林加利用新增能量的想法來創造旋轉運動,這對於真正的馬達至關重要。1999 年,他使分子轉子葉片朝一個方向旋轉,克服了分子基本的隨機運動。到 2014 年,他的馬達轉速已達到每秒 12,000 轉。他還使用馬達旋轉一個比馬達本身大 10,000 倍的玻璃圓筒。他的團隊還連線了多個馬達和軸,製造出四輪驅動“奈米汽車”。
這一切對改變我們生活的世界意味著什麼?許多觀察家將這種情況比作 19 世紀末,當時科學家們剛剛開始製造由電力驅動的更大的馬達。今天,我們有電動鑽、洗衣機和汽車。費林加將此比作萊特兄弟。他說,一旦他們製造出飛行器,人們高興地做出反應,但也想知道它有什麼用途。“而今天我們有了波音 747,”這位化學家說。分子機器的可能應用範圍從在體內搜尋癌症的機器人到為計算機供電的微型儲能裝置,他認為。
美國化學學會主席兼化學家唐娜·納爾遜說:“我認為這個話題對於科學來說將是非常棒的。諾貝爾獎的頒發會激發其他研究人員對該主題的濃厚興趣。它還將增加資金。”納爾遜還指出,這個特殊的領域,微型機器,“對於孩子們來說將是令人著迷的。他們可以形象化它,並想象一輛奈米汽車。這來得正是時候,我們需要激勵下一代科學家。”
靈感創造結果。今天的獲獎者以及他們專業領域的許多人,都受到了另一位諾貝爾獎獲得者、物理學家理查德·費曼 1959 年演講的啟發,他談到了在最小尺度上進行構建的潛力。他的演講題目是“底部有很大的空間”。今天,較低的空間被證明是通往科學世界頂峰的道路。
