發明全世界最小機器

歐洲三學者獲諾貝爾化學獎
06/10/2016
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歐洲三學者獲諾貝爾化學獎

瑞典皇家科學院本澳時間 昨日下午5時45分公布, 本屆諾貝爾化學獎由法國 學者紹瓦熱(Jean-Pierre Sauvage)、英國學者斯托 達特(J. Fraser Stoddart)和荷蘭學者 費林加(Bernard L. Feringa)共同獲 得,以表彰他們對設計並合成分子機 械的貢獻。諾貝爾獎評審形容,三人 的研究如同發明了全世界最細小的機 器,只有頭髮的千分一大小,能在新 物料、傳感器或能量儲存系統上廣泛 應用,也在醫療範疇為殺死癌細胞做 出重大貢獻,將化學帶到新境界。

來自法國的紹瓦熱(左起)、來自英國的斯托達特及荷蘭學者費林加共同獲得今年諾貝爾化學獎。 (法新社圖片)

一台機器可以有多小?這要看你對機器的定義是甚麼。在科學界,只要輸入能帶來輸出,即可算一個機器,而生物上不少運作都是這種機器的結果,譬如ATP合成酶、驅動蛋白、DNA複製酶等都是大自然透過進化機制製造出來的天 然分子機器,人體就是由分子機器組成,驅動我們的器官, 讓身體發揮功能。而這些非常細小、肉眼看不見的機器,也可以透過人工製造出來。

繼前日的物理學獎之後,諾貝爾化學獎委員會 主席也拿出Bagel解釋三人的研究成果。(法新社圖片)

從連鎖到「輪子」

人工分子機器的誕生,歸功於紹瓦熱在1983年的開創 性研究,當時他成功以銅離子連結兩個環狀分子,形成機械互鎖分子「索烴」,不像一般的分子必須共同使用外層電子形成共價鏈,「索烴」是以機械鍵作為連結,可以較簡單的分拆,也能如機械般輕易控制,為人工分子機器邁出重要一 步。

到了1991年,斯托達特在紹瓦熱的基礎上,成功合成 出具內鎖的環狀分子「車輪烷」,內鎖的環狀分子可在兩個 分成環狀及鏈狀的軸之間轉動,能夠自由走動,且不會離開 分子軸,只要加熱,就能沿著輪軸向前移動,憑藉這個設 計,斯托達特研發出「分子升降機」等機器,之後更被應用 在分子肌肉及分子電腦晶片上。

從「馬達」到「汽車」

至於荷蘭學者費林加,則是第一個研發出「分子馬達」的人,「分子馬達」可像馬達一般,在給予適當能量後,開 始進行單向轉動的化學分子。費林加在1999年使「分子馬 達」葉片以單方向持續旋轉,在這個基礎上,費林加還製造 出比馬達本身大10,000倍的玻璃汽缸,甚至設計出了一台納米汽車。

他們三人的研究,讓分子機器的發展愈見成熟,這些分 子機器,只要提供能源,就能產生各種可控制的活動,在分子層面上掌控運動的技術,完成原本無法完成的任務。瑞典 皇家科學院認為,三人將分子系統領域的研究帶出僵局,而分子機器對現代社會而言,正如電動機在1830年代的意義一樣重要。他們的研究將機械裝置小型化,讓化學研究進入全新的維度。

現年72歲的紹瓦熱是法國史特拉斯堡大學博士,目前是法國國家科學研究中心榮譽研究主任;74歲的斯托達特則在美國西北大學化學系任教;65歲的費林加在荷蘭格羅寧根大學擔任有機化學教授。

費林加在獲知自己得獎後表示,「我不知道要說些甚 麼,我很震驚。我第二句要說的話是,我有點激動」。

費林加在1999年發明首個「分子馬達」,分子葉片可循同一方向 連續轉動。 (互聯網圖片)

在「分子馬達」的基礎上,費林加又設計出「納米汽車」。 (互聯網圖片)

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