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世界上最小的機器有多小？

答案是只有發(fā)絲千分之一粗細！

在合成化學領域

微型電梯、微型電機、微縮肌肉

它們都有一個共同的名字：

分子機器

5月10日（周五）上午

“浦江科學大師講壇”第六期

將于復旦大學相輝堂舉行

2016年諾貝爾化學獎得主

伯納德·盧卡斯·費林加

（Bernard Lucas Feringa）將以

造“小”的藝術：從分子開關到分子馬達

為題分享他的科學故事

首先，“小”是一切“大”的基礎。研究肉眼不可見的微小之物，有助于我們理解世界的運行規(guī)律——這不僅僅是科學家出于好奇心的探索，亦是人類追尋世界本源、拓寬認知邊界的重要一步。

其次，“小”本身也有獨特價值。對“小”的研究可以重塑我們的生活方式。生活在上個世紀的人大概無論如何也想象不到，今天的我們可以把曾經(jīng)塞滿整個房間的電腦捧在手上。正是由于幾十年來科學家們不斷縮小晶體管尺寸的努力，才有了人類今天交流與獲取信息的便捷。

由此可見，如果將機器做到分子尺度，也可能給人類社會帶來革命性的改變。當然，建造分子機器所面臨的問題與上述領域并不相同——它是化學和物理學科的重大挑戰(zhàn)，主要集中于合成化學、分子組裝與納米技術等方面。

02 費林加教授有何重要研究成果？

伯納德·盧卡斯·費林加（Bernard Lucas Feringa），1951年出生于荷蘭，有機化學家，主要從事分子機器與有機不對稱催化等領域的研究。

2016年的諾貝爾化學獎頒給了包括費林加教授在內(nèi)的三位科研人員，以表彰他們在分子機器領域做出的貢獻。其中，費林加教授設計并合成了一個能定向旋轉(zhuǎn)的分子馬達（molecular motor），這個馬達可以帶動一個比它本身大1萬倍的玻璃棒（28微米長）旋轉(zhuǎn)起來，從而完成了分子機器領域研究的關鍵一環(huán)。

分子機器是一種能在分子層面上實現(xiàn)將外部能量輸入轉(zhuǎn)化成運動輸出的裝置。通俗地說，分子機器就是在分子層面這種微觀尺度上運行的機器，也可以說是世界上最小的機器。

分子機器的出現(xiàn)，將化學研究推向了一個新的維度，可謂是引發(fā)了一場“分子革命”。與日常生活中我們所使用的、主要基于機械和物理原理的機器不一樣，分子機器聚焦于分子研究。未來，分子機器有可能被用于新型傳感器、新材料和能量儲存系統(tǒng)等前沿領域。

費林加教授合成的分子馬達，便是將宏觀意義上的發(fā)動機在微觀層面復現(xiàn)，是分子機器的關鍵組成部件之一。他曾說：“一旦在分子層面控制了運動，就為控制其他各種形式的運動提供了可能。這一研究成果為未來新材料的研發(fā)開啟了廣闊前景。”

04 分子機器的研究歷史是怎樣的？

“用分子制造機器”這一想法早已有之。早在1959年，物理學家理查德·費曼（Richard Phillips Feynman）就談到過“在小范圍內(nèi)操縱和控制事物”的問題，其中“小范圍”指的就是由一個或幾個分子所組成的機器。

二十年后，納米技術先驅(qū)埃里克·德雷克斯勒（Eric Drexler）偶然發(fā)現(xiàn)了費曼關于機器講座的抄本。他在費曼設想的基礎上做出了進一步發(fā)展，于1981年發(fā)表了一篇名為《分子工程》的論文。在文章中，德雷克斯勒提出了通過分子大小的機器在原子尺度上操縱化學過程、甚至構(gòu)建新材料的設想。

對于化學特別是有機化學領域的科研工作者來說，其重要使命就是合成這個世界上不存在的新分子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新材料功能，同時提供新的科學見解。

今天我們深入微觀世界，研究“小”的藝術，便是在另一種時空尺度上迎接新的機遇與挑戰(zhàn)——這是化學獨特魅力與創(chuàng)造力的體現(xiàn)，亦是人類不斷探索未知、擁抱無限可能的永恒追求。