緊隨生理學(xué)獎和物理學(xué)獎之后，北京時間10月5日下午5點(diǎn)45分，2016年諾貝爾化學(xué)獎也終于揭曉。三位科學(xué)家——讓-皮埃爾•紹瓦熱、弗雷澤•斯托達(dá)特爵士和伯納德•L•費(fèi)林加獲獎，領(lǐng)域是“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與合成”。

“近幾年，諾貝爾化學(xué)獎都快變成‘理綜獎’了，很高興今年終于頒給了純化學(xué)。”中科院理化所研究員叢歡笑道。他告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，與前幾年獲得諾貝爾獎的光纖通信、青蒿素、藍(lán)光LED等不同，分子機(jī)器與人們的日常生活聯(lián)系沒有那么緊密，更接近基礎(chǔ)研究。

學(xué)科：小分子，大領(lǐng)域

在叢歡眼里，分子機(jī)器是一個“很好玩”的領(lǐng)域。分子肌肉、分子電梯、分子馬達(dá)……這些聽起來就頗具趣味的概念，都是這個領(lǐng)域的代表工作。

諾貝爾化學(xué)獎委員會主席薩拉•林瑟在新聞發(fā)布會上表示，半個多世紀(jì)以來，將機(jī)器縮小到納米尺度成為科學(xué)家的夢想。這需要開發(fā)出新的化學(xué)策略，制作出連鎖的環(huán)形分子，并找到有效的能源轉(zhuǎn)換方式——而所有這些東西僅有一根頭發(fā)絲的千分之一大小。

紹瓦熱及其團(tuán)隊(duì)在1983年取得了第一個突破：開發(fā)出相互連接的分子環(huán)。接下來的幾年中，三位獲獎?wù)咭来卧O(shè)計(jì)得到了分子梭、可控旋轉(zhuǎn)的互聯(lián)環(huán)、分子轉(zhuǎn)子等。

基于費(fèi)林加的光分子馬達(dá)思想，科學(xué)家們還創(chuàng)造出一輛四輪驅(qū)動的納米分子車。在“馬達(dá)”的驅(qū)動下，這輛汽車能夠緩緩地定向運(yùn)動。

總而言之，“分子機(jī)器”是在合適的外界刺激下，可以執(zhí)行類似機(jī)器運(yùn)動的獨(dú)立分子或分子組裝體。“驅(qū)動分子機(jī)器運(yùn)動的能量可以是各種化學(xué)能，也可以是電能、光能等。”中科院化學(xué)所研究員陳傳峰表示，“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，最終實(shí)現(xiàn)做功。”

如今，上述三位科學(xué)家開拓的“分子機(jī)器”研究，已經(jīng)形成了一個很大的領(lǐng)域，涉及有機(jī)合成、超分子化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科交叉。而全世界眾多科研人員正在為此奮斗。

陳傳峰介紹，1987年，美法三位科學(xué)家因在超分子化學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展方面做出的杰出貢獻(xiàn)，而獲得當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎，近30年后的今天，歐美三位科學(xué)家又因與超分子化學(xué)直接相關(guān)的分子機(jī)器研究，榮獲諾貝爾化學(xué)獎，這可以說是為（有機(jī)）超分子化學(xué)研究帶來了新的契機(jī)，是這一學(xué)科的“第二春”。

前景：一切皆有可能

據(jù)叢歡介紹，分子機(jī)器技術(shù)可以用在分子開關(guān)，傳感器，催化等領(lǐng)域。但目前為止，其實(shí)際應(yīng)用還沒有達(dá)到期待的水平。他打比方說：“三位科學(xué)家解決了分子機(jī)器中基本結(jié)構(gòu)單元的問題。這就像是發(fā)明了活塞、齒輪等基本零件，但是人們?nèi)蘸蟀堰@些零件組裝起來，并形成功能完整的機(jī)器，還有很長的路要走。”

“當(dāng)然，現(xiàn)在為時尚早，但一旦你能控制這種運(yùn)動，一切皆有可能。”獲獎?wù)咧�一費(fèi)林加說，“可以想象，醫(yī)生能將這些微型機(jī)器人注入你的血管，然后尋找癌細(xì)胞或釋放藥物。”他將該發(fā)現(xiàn)與萊特兄弟的創(chuàng)舉相比較：萊特兄弟剛發(fā)明飛機(jī)時，也無法想象今天的航空事業(yè)如此繁榮。

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授黎占亭評價(jià)道，作為超分子化學(xué)一個很重要的分支，三位科學(xué)家的開創(chuàng)性工作使得化學(xué)家在納米層次上控制單分子和多分子的運(yùn)動達(dá)到了前所未有的高度。傳統(tǒng)上，化學(xué)研究強(qiáng)調(diào)分子本身的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，但是通過分子馬達(dá)的研究，化學(xué)家認(rèn)識到，分子間和分子內(nèi)的相互作用，也可以極大地改變它們的微觀和宏觀性質(zhì)，而對分子運(yùn)動本身的控制，為未來設(shè)計(jì)新的智能分子材料及分子計(jì)算機(jī)等都提供了新的原理和策略。

國內(nèi)：起步晚、發(fā)展快

黎占亭指出，這三位獲獎?wù)吲c中國化學(xué)界的學(xué)術(shù)交流是很多的，他們都曾多次訪問中科院上海有機(jī)所、復(fù)旦大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)和高校。2014年在上海舉辦的國際大環(huán)和超分子化學(xué)學(xué)術(shù)會議上，斯托達(dá)特爵士是大會報(bào)告人之一，他還是天津大學(xué)中組部外籍千人，有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室開展研究。

斯托達(dá)特和費(fèi)林加都培養(yǎng)了很多中國留學(xué)生。在斯托達(dá)特的課題組里，中國學(xué)生的數(shù)量甚至達(dá)到了四分之一，在他最近十年發(fā)表的論文中，中國留學(xué)生做出了很大貢獻(xiàn)。斯托達(dá)特曾表示，自己非常喜歡中國學(xué)生，認(rèn)為他們踏實(shí)、努力，并且天賦極高。

目前，這些留學(xué)生不少已經(jīng)學(xué)成回國，在國內(nèi)著名高校和研究所任教授，獲得中組部青年人才等，并開始做出創(chuàng)新性工作。

據(jù)專家介紹，在我國，分子機(jī)器領(lǐng)域的研究起步相對較晚。但黎占亭認(rèn)為，過去十年來，我國在這一領(lǐng)域的進(jìn)步迅速。僅上海地區(qū)，華東理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)及上海有機(jī)所等單位，就都做出了具有世界水平的研究成果。特別是近年來國家加大基礎(chǔ)研究投入，加快青年杰出人才的引進(jìn)，他相信未來會有越來越多原創(chuàng)性的工作在中國完成。

陳傳峰也表示，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國有不少研究小組正在開展前沿的超分子化學(xué)研究，并取得了諸多進(jìn)展。今年8月，全國第十八屆大環(huán)化學(xué)暨第十屆超分子化學(xué)學(xué)術(shù)討論會剛剛落下帷幕。據(jù)悉，這一會議是國內(nèi)該領(lǐng)域主要學(xué)術(shù)交流平臺之一，每屆會議都吸引全國超分子化學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者積極參與。