最小機(jī)器最大獎(jiǎng)：2016年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉

2016年10月6日 | Filed under: 要聞點(diǎn)評(píng),人物簡(jiǎn)介,文獻(xiàn)綜合 | Posted by: 路人丙

chemistry

【新聞事件】：諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)星期三將化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給讓皮埃爾·索維奇、詹姆斯·弗雷澤·斯托達(dá)特和伯納德·費(fèi)倫加等三位科學(xué)家，獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)陂_發(fā)分子機(jī)器上做出的貢獻(xiàn)。雖然現(xiàn)在尚無實(shí)際應(yīng)用但瑞典皇家科學(xué)院說分子機(jī)器與工業(yè)革命年代電動(dòng)機(jī)類似，當(dāng)時(shí)人們看到各種曲柄和齒輪也不知用途到底有多大。

【藥源解析】：今年諾獎(jiǎng)?wù)f是獎(jiǎng)勵(lì)分子機(jī)器的發(fā)明，更準(zhǔn)確的說是分子機(jī)器零件的發(fā)明。最先進(jìn)的分子機(jī)器現(xiàn)在也沒什么大用，費(fèi)倫加的分子汽車加了10次油跑了6納米，倒是沒有噪音和尾氣。其他兩位化學(xué)家主要貢獻(xiàn)是用化學(xué)方法設(shè)計(jì)合成了一些超分子零件。和DNA等生物分子靠分子間弱相互作用不同，這些分子零件靠所謂的機(jī)械鍵接在一起，一般條件下不會(huì)散架子。和堅(jiān)固的共價(jià)鍵和離子鍵不同，機(jī)械鍵并不是真正的化學(xué)鍵而是通過立體阻礙把特殊形狀的分子連在一起。

微觀世界和宏觀世界完全不同。微觀世界里的分子在不停地運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)力不是問題。但微觀運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的，沒有方向性，也沒有控制系統(tǒng)，所以這類運(yùn)動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)完全不同。如果把溶液里每個(gè)分子比作一輛汽車，那每輛汽車都可以因?yàn)椴祭蔬\(yùn)動(dòng)到達(dá)容器內(nèi)的任何空間。事實(shí)上所有分子間反應(yīng)都是分子車禍的結(jié)果。很多重排反應(yīng)也涉及分子空間相對(duì)位置的變化，但這時(shí)分子也發(fā)生了變化，更像變形金剛，而不是改變環(huán)境的機(jī)器。分子機(jī)械可以通過外部輸入完成類似機(jī)械的功能，如定向移動(dòng)或運(yùn)輸貨物。另外分子世界有一些與宏觀世界直覺相悖的規(guī)律設(shè)計(jì)時(shí)要考慮。比如在微觀世界走盤山公路和直接從山谷里開上去難度是一樣的，因?yàn)槟軌靖叨榷皇悄芰壳€形狀決定化學(xué)過程速度。

這些分子零件是由兩個(gè)以上分子組成的各種復(fù)合體。輸入能量（光、電、熱）后引發(fā)化學(xué)反應(yīng)（通常是可逆的異構(gòu)化反應(yīng)）而改變分子形狀，如果多個(gè)零件同時(shí)以同一方式改變形狀則可以在某些表面定向移動(dòng)。也有分子開關(guān)、鑷子等其它機(jī)械。現(xiàn)在這些分子機(jī)械和生物體消耗ATP驅(qū)動(dòng)的分子機(jī)器比（如獲今年醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的自噬反應(yīng)機(jī)械系統(tǒng)），無論從功能、設(shè)計(jì)精巧程度、和效率都無法相提并論。理論上講人工設(shè)計(jì)的分子機(jī)器可能作為治療手段代替人體破損的天然動(dòng)力蛋白，但利用生物體DNA、RNA系統(tǒng)的基因和mRNA療法應(yīng)該效率更高。

諾貝爾遺囑指出該獎(jiǎng)授予對(duì)人類有貢獻(xiàn)的發(fā)現(xiàn)發(fā)明，所以有人說給尚未改變?nèi)祟惿畹姆肿訖C(jī)器有點(diǎn)過早，但是這些純粹的基礎(chǔ)研究長(zhǎng)遠(yuǎn)看幾乎肯定會(huì)有實(shí)際應(yīng)用。因?yàn)槲覀円延兄R(shí)和未知比如滄海一粟，沒人能預(yù)測(cè)100年以后會(huì)是什么情況，如同現(xiàn)在臨床前沒人能預(yù)測(cè)哪個(gè)項(xiàng)目會(huì)成為下一個(gè)檢查點(diǎn)抑制劑。長(zhǎng)期看興趣驅(qū)使和有轉(zhuǎn)化目標(biāo)的基礎(chǔ)研究各有千秋，前者更具顛覆性，后者更可控。任何與已有技術(shù)完全不同的新發(fā)明幾乎可以肯定在未來某個(gè)階段會(huì)成為新技術(shù)的重要組成部分。祝賀這三位杰出的化學(xué)家！