“我感覺有點(diǎn)像100年前首次飛上天的萊特兄弟。那個(gè)時(shí)候人們也在問,為什么我們需要一臺(tái)飛行器?”得知獲得2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的消息后,伯納德·費(fèi)林加在接受媒體采訪時(shí)展望了分子機(jī)器的未來,“你們可以想象某種納米級(jí)別的能量轉(zhuǎn)化器,一種微小的可以儲(chǔ)存能量和運(yùn)用能量的機(jī)器。它開啟的是納米機(jī)器的新世界。”

諾獎(jiǎng)的青睞,也讓人感到有些意外。國家納米中心主任劉鳴華告訴科技日?qǐng)?bào)記者,分子機(jī)器屬于基礎(chǔ)研究,目前在應(yīng)用上還沒有大的突破。一些人感慨,“沒想到(諾貝爾獎(jiǎng))給得那么早”。

不過,諾貝爾獎(jiǎng)的頒發(fā),確實(shí)讓分子機(jī)器這個(gè)離日常生活有些遠(yuǎn)的名詞,進(jìn)入了公眾視野。

“分子機(jī)器是超分子化學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。”劉鳴華告訴科技日?qǐng)?bào)記者,1987年,諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)同樣頒給了超分子化學(xué),當(dāng)時(shí)的得獎(jiǎng)?wù)咧�一萊恩,是本次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主之一讓-皮埃爾·索瓦日的老師。這次,諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)可謂“回歸化學(xué)”,頒給了一項(xiàng)純粹的化學(xué)研究。有人認(rèn)為,超分子化學(xué)將迎來第二春。

分子開關(guān)、分子閥門、分子轉(zhuǎn)輪……實(shí)際上,分子機(jī)器是個(gè)頗為形象的稱呼。中科院化學(xué)所研究員陳傳峰表示,分子機(jī)器是將宏觀機(jī)器的概念引申至分子水平,指在合適的外界刺激下,可以執(zhí)行類似機(jī)器運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立分子或分子組裝體。驅(qū)動(dòng)分子機(jī)器運(yùn)動(dòng)的能量可以是各種化學(xué)能,也可以是電能、光能等。通過分子和分子之間非共價(jià)相互作用力形成的結(jié)構(gòu)固定的超分子組裝體,再通過酸堿、離子、光、電等外界刺激,使分子之間發(fā)生相互運(yùn)動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)做功。

科學(xué)家們嘗試從納米尺度上“建造機(jī)器”。他們成為分子建造師,精心合成、設(shè)計(jì)與調(diào)控,讓分子動(dòng)起來。

陳傳峰指出,制造分子機(jī)器在分子合成、實(shí)現(xiàn)機(jī)器多位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)器單方向運(yùn)動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)機(jī)器的多種刺激—響應(yīng)問題上都存在難點(diǎn)。“目前的分子機(jī)器還只能模擬一些比較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)。”陳傳峰說,本次得獎(jiǎng)的三位化學(xué)家,為分子機(jī)器設(shè)計(jì)出了基礎(chǔ)的零部件,但如何改良、組裝和實(shí)現(xiàn)不同功能,仍舊“路漫漫其修遠(yuǎn)兮”。

不過,分子機(jī)器及其所屬的超分子化學(xué),確實(shí)早已是一個(gè)備受關(guān)注的前沿?zé)衢T領(lǐng)域。2005年,在慶�！犊茖W(xué)》創(chuàng)刊125周年之際,該刊公布了125個(gè)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題,其中之一就是“我們能推動(dòng)化學(xué)組裝走多遠(yuǎn)”。2009年,《自然·化學(xué)》在其創(chuàng)刊號(hào)上著重探討了未來化學(xué)發(fā)展的八大領(lǐng)域,其中之一就是分子機(jī)器。

“分子機(jī)器可以搭載藥物,進(jìn)行藥物的定點(diǎn)精確釋放;它還可以成為微小的存儲(chǔ)單元,進(jìn)行高密度存儲(chǔ)。”劉鳴華說,未來的分子機(jī)器有可能實(shí)現(xiàn)宏觀世界機(jī)器無法實(shí)現(xiàn)的功能。“諾貝爾獎(jiǎng)的頒發(fā),是對(duì)新概念的鼓勵(lì),也是對(duì)這一發(fā)展方向的認(rèn)可。”

目前,國內(nèi)已有不少團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行這方面研究。其實(shí),三位獲獎(jiǎng)?wù)吆椭袊�化學(xué)界交流可謂頻繁。斯托達(dá)特受聘于天津大學(xué),在天津大學(xué)有實(shí)驗(yàn)室和項(xiàng)目組。他和費(fèi)林加也培養(yǎng)出了不少中國學(xué)生,其中一些已經(jīng)回國從事相關(guān)研究。

陳傳峰說,在分子機(jī)器領(lǐng)域,我國起步較晚,不過也在迎頭趕上。隨著國家對(duì)基礎(chǔ)研究日漸重視,我國科學(xué)家也或?qū)⒆龀龈挥袆?chuàng)新性的成果。