最小機器最大獎：2016年度諾貝爾化學(xué)獎揭曉

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

chemistry

【新聞事件】：諾貝爾獎評審委員會(huì )星期三將化學(xué)獎頒發(fā)給讓皮埃爾·索維奇、詹姆斯·弗雷澤·斯托達特和伯納德·費倫加等三位科學(xué)家，獎勵他們在開(kāi)發(fā)分子機器上做出的貢獻。雖然現在尚無(wú)實(shí)際應用但瑞典皇家科學(xué)院說(shuō)分子機器與工業(yè)革命年代電動(dòng)機類(lèi)似，當時(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?wù)f(shuō)是獎勵分子機器的發(fā)明，更準確的說(shuō)是分子機器零件的發(fā)明。最先進(jìn)的分子機器現在也沒(méi)什么大用，費倫加的分子汽車(chē)加了10次油跑了6納米，倒是沒(méi)有噪音和尾氣。其他兩位化學(xué)家主要貢獻是用化學(xué)方法設計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械鍵接在一起，一般條件下不會(huì )散架子。和堅固的共價(jià)鍵和離子鍵不同，機械鍵并不是真正的化學(xué)鍵而是通過(guò)立體阻礙把特殊形狀的分子連在一起。

微觀(guān)世界和宏觀(guān)世界完全不同。微觀(guān)世界里的分子在不停地運動(dòng)，所以動(dòng)力不是問(wèn)題。但微觀(guān)運動(dòng)是隨機的，沒(méi)有方向性，也沒(méi)有控制系統，所以這類(lèi)運動(dòng)和機械運動(dòng)完全不同。如果把溶液里每個(gè)分子比作一輛汽車(chē)，那每輛汽車(chē)都可以因為布朗運動(dòng)到達容器內的任何空間。事實(shí)上所有分子間反應都是分子車(chē)禍的結果。很多重排反應也涉及分子空間相對位置的變化，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)境的機器。分子機械可以通過(guò)外部輸入完成類(lèi)似機械的功能，如定向移動(dòng)或運輸貨物。另外分子世界有一些與宏觀(guān)世界直覺(jué)相悖的規律設計時(shí)要考慮。比如在微觀(guān)世界走盤(pán)山公路和直接從山谷里開(kāi)上去難度是一樣的，因為能壘高度而不是能量曲線(xiàn)形狀決定化學(xué)過(guò)程速度。

這些分子零件是由兩個(gè)以上分子組成的各種復合體。輸入能量（光、電、熱）后引發(fā)化學(xué)反應（通常是可逆的異構化反應）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(kāi)關(guān)、鑷子等其它機械。現在這些分子機械和生物體消耗ATP驅動(dòng)的分子機器比（如獲今年醫學(xué)獎的自噬反應機械系統），無(wú)論從功能、設計精巧程度、和效率都無(wú)法相提并論。理論上講人工設計的分子機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系統的基因和mRNA療法應該效率更高。

諾貝爾遺囑指出該獎授予對人類(lèi)有貢獻的發(fā)現發(fā)明，所以有人說(shuō)給尚未改變人類(lèi)生活的分子機器有點(diǎn)過(guò)早，但是這些純粹的基礎研究長(cháng)遠看幾乎肯定會(huì )有實(shí)際應用。因為我們已有知識和未知比如滄海一粟，沒(méi)人能預測100年以后會(huì )是什么情況，如同現在臨床前沒(méi)人能預測哪個(gè)項目會(huì )成為下一個(gè)檢查點(diǎn)抑制劑。長(cháng)期看興趣驅使和有轉化目標的基礎研究各有千秋，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(lái)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！