諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)曝“冷門”：醫(yī)療機(jī)器人和模擬生命前景可期

　　“上海制造”的分子機(jī)器

　　值得一提的是，此次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的三位教授中的兩位與中國(guó)都有很深的淵源。例如上海華東理工大學(xué)在“分子機(jī)器”領(lǐng)域就擁有一支國(guó)際領(lǐng)先的科研團(tuán)隊(duì)。華理田禾院士團(tuán)隊(duì)與三個(gè)新晉諾獎(jiǎng)得主在學(xué)術(shù)科研上有著密切的合作和交流。Stoddart教授先后于2005年和2007年兩次訪問(wèn)華理，并受聘為華理名譽(yù)教授。Feringa教授也于2007年到訪過(guò)華理，并將于下個(gè)月應(yīng)邀來(lái)上海參加“2016光致變色國(guó)際研討會(huì)”，他同時(shí)還是華理化學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)曲大輝教授在荷蘭博士后工作期間的合作導(dǎo)師。

　　華東理工大學(xué)的張雋佶博士向記者解釋道：“廣泛地講，分子機(jī)器的含義來(lái)自于自然界。就像生命體中的ATP酶一樣，它是天然的傳導(dǎo)和利用物質(zhì)和能量的裝置。而此次獲獎(jiǎng)的人造分子機(jī)器，它是運(yùn)用合成與化學(xué)修飾手段構(gòu)建的功能性分子或者化學(xué)體系。通常分子機(jī)器是基于合成及超分子組裝的功能性化學(xué)組分的集合，它的目的是模擬宏觀的機(jī)器工作模式，從微觀再現(xiàn)并產(chǎn)生作用。”

　　作為一個(gè)微型器件的化學(xué)基礎(chǔ)，分子或超分子必須能夠響應(yīng)某種外部的刺激信號(hào)(物理的或者化學(xué)刺激)，針對(duì)性地產(chǎn)生輸出信號(hào)或者做有用功，才是實(shí)現(xiàn)機(jī)器功能的基本要求。張雋佶表示：“與功能性化學(xué)體系(如分子開(kāi)關(guān)、化學(xué)傳感器等)不同的是，分子機(jī)器在響應(yīng)的基礎(chǔ)上往往還要求能夠引起組分或者分子單元間的相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并伴隨物質(zhì)與能量的流動(dòng)產(chǎn)生特定的機(jī)器功能?！?/p>

　　張雋佶目前在華理田禾課題組工作，據(jù)他介紹，田禾院士在“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成”領(lǐng)域的研究成果也是諾獎(jiǎng)級(jí)的。早在2004年，田禾院士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)就設(shè)計(jì)出直徑比頭發(fā)絲還細(xì)的“分子梭”和“分子算盤”，進(jìn)而運(yùn)用熒光來(lái)感知其運(yùn)動(dòng)軌跡，讓葡萄糖分子產(chǎn)生計(jì)算甚至是思維能力，從而在“模擬生命體，以幫助人類恢復(fù)體力或者修復(fù)受損記憶”的高峰研究領(lǐng)域跨進(jìn)了扎實(shí)的一步。

　　這臺(tái)“上海制造”的分子機(jī)器，用通俗的語(yǔ)言來(lái)解釋，就像是在一根木棍上穿一個(gè)無(wú)底的水桶，在某種外力的作用下，水桶得以左右滑動(dòng)。當(dāng)然，這是將它放大10億倍的效果。透過(guò)熒光光譜儀，才能感受它的難度系數(shù)：“木棍”由偶氮或苯乙烯分子制成，“水桶”的材質(zhì)則是由6-7個(gè)葡萄糖分子“手牽手”組成的環(huán)糊精分子，桶口直徑僅為0.6納米。田禾院士等運(yùn)用光驅(qū)動(dòng)，讓“水桶”在紫外光的照射下獲得動(dòng)能，或左或右地在“棍子”上來(lái)回穿梭運(yùn)動(dòng)，一個(gè)微型“分子梭”由此誕生?！澳竟?水桶”的組合與算盤頗為相似，在田禾院士等的“調(diào)教”下，“分子梭”學(xué)會(huì)了“加2”或“減2”的簡(jiǎn)單算術(shù)，成為具有原始計(jì)算功能的“分子算盤”。

　　據(jù)田禾院士介紹，一旦“分子算盤”發(fā)展成熟，電腦就可升級(jí)為容量更大、算得更快的“分子腦”，從而擺脫“摩爾定律”的極限束縛。目前，這臺(tái)“上海制造”的分子機(jī)器已躋身國(guó)際先進(jìn)行列，而其獨(dú)創(chuàng)的熒光檢測(cè)法更是成為各國(guó)科學(xué)家普遍采用的表征方式。

　　正如美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)Donna Nelson教授所說(shuō)的：“全世界對(duì)于諾貝爾獎(jiǎng)的關(guān)注度是極高的，諾貝爾獎(jiǎng)也會(huì)影響科學(xué)界未來(lái)的研究方向，會(huì)讓分子機(jī)器領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的研究人員會(huì)涌向這一領(lǐng)域，吸引更多資金投入進(jìn)來(lái)。所以應(yīng)用應(yīng)該會(huì)快于預(yù)期。”

　　諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)今年曝出“冷門”——頒給了屬于“純化學(xué)”范疇的“分子機(jī)器”。此前歷年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)都授予了交叉學(xué)科，比如生物、物理、生物化學(xué)和生物物理等等。

　　法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)的讓-彼埃爾·索瓦(Jean-Pierre Sauvage)教授、美國(guó)西北大學(xué)的詹姆斯·弗雷澤·斯圖達(dá)(James Fraser Stoddart)爵士以及荷蘭格羅寧根大學(xué)的伯納德·費(fèi)林加(Bernard Feringa)教授共同摘得了這一諾貝爾最重要的獎(jiǎng)項(xiàng)。他們因在分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成上的貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。

　　而在這一領(lǐng)域，我國(guó)也具有領(lǐng)先世界的水準(zhǔn)。華東理工大學(xué)的田禾院士科研團(tuán)隊(duì)所從事的研究領(lǐng)域，正是“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成”。該領(lǐng)域獲得諾獎(jiǎng)將有助于盡早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。