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3名科学家发明出“世界最小机器” 它比头发丝的1000分之一还要细!
Wednesday, October 5, 2016 18:36
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  (原标题:3名科学家发明出“世界最小机器” 它比头发丝的1000分之一还要细!)

  出生在法国,目前在法国斯特拉斯堡大学工作。

  出生在英国,目前在美国西北大学工作。

  出生在荷兰,目前在荷兰格罗宁根大学工作。

  分子

  第三个分子

  分子

  通过铜离子的机械键

  让分子互锁

  移除铜离子

  “分子电梯”

  示意图

  紫外线

  甲基

  紫外线

  “分子马达”

  示意图

  旋转着的分子马达

  瑞典皇家科学院5日宣布,将2016年诺贝尔化学奖授予让-皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特、伯纳德·费林加这三位科学家,以表彰他们在分子机器设计与合成领域的贡献。今年诺贝尔化学奖奖金共800万瑞典克朗(约合93.33万美元),将由这三位获奖者平分。

  分子机器“诞生记”

  1 索瓦日成功合成了一种名为“索烃”的两个互扣的环状分子,而且这两个分子能够相对移动。

  2 斯托达特合成了“轮烷”,即将一个环状分子套在一个哑铃状的线形分子轴上,且环状分子能围绕这个轴上下移动,并成功实现了可以上升高度达0.7纳米的“分子电梯”和可以弯折黄金薄片的“分子肌肉”。

  3 费林加设计出了在构造上能向一个特定方向旋转的分子马达,这个马达可以让一个28微米长、比马达本身大1万倍的玻璃缸旋转起来。有了这三步,分子机器就可以动起来了。

  什么是分子机器?

  这是指在分子层面的微观尺度上设计开发出来的机器,在向其提供能量时可移动执行特定任务。

  获奖理由

  3位科学家开发出了比人类头发丝直径还要小1000倍的分子机器。

  他们成功合成了各类分子机器,从微型马达到微型汽车再到微型肌肉。

  他们掌握了在分子层面上控制运动的技术。

  “最小机器”可用于将药物送入人体,例如将癌症用药直接送至癌细胞。该项技术还能应用于智能材料的设计。

  这就是四轮驱动纳米车

  2011年时,科学家们制造了一个四轮驱动纳米车,一个分子底盘将四个马达联结在一起,当作车轮使用。当车轮旋转时,纳米车就在表面上向前行驶。

  32年前

  费曼曾抛出疑问——最小的机器 能有多小?

  “你能够将机器做到多小?”这是美国物理学家、诺贝尔奖得主理查德·费曼在他1984年那场著名演讲的开头提出的一个问题。这个问题是基于他对纳米技术发展的预测而提出来的。

  人类究竟有没有可能用相比来说“十分巨大”的双手制造出那种极小的、必须依靠电子显微镜才能观察的微型机器呢?

  如今

  3名科学家给出答案——

  他们发明了 “分子机器”

  5日,诺贝尔奖评选委员会说,这三位获奖者发明了“世界上最小的机器”,将化学发展推向了一个新的维度。评选委员会表示,就像19世纪30年代,当电动马达被发明出来时,科学家未曾想过它会在电气火车、洗衣机、电风扇上等被广泛运用。而分子机器正如当年的电动马达一样,未来很有可能将用于开发新材料、新型传感器和能量存储系统等。在费曼发表演讲32年后,我们展望这项技术的发展前景,并且可以回答最初的那个问题——人类能够制造的最小机器有多小?至少比头发丝小1000倍。 新华社 中新

  扬子晚报记者连线

  “分子汽车”也有4个“车轮”,一样能“开”起来

  将来的生活中,“分子机器”可能无处不在

  被称作世界上最小机器的“分子机器”比头发丝的1000分之一还要细!这个只会在科幻电影里看到的场景如今不再是想象。未来,它没准会在你的生活中无处不在。扬子晚报记者采访了中科院院士、南京工业大学校长黄维教授,以及南工先进材料研究院的秦天石博士和林宗琼博士,针对“分子机器”的种种疑问做出了回答。 扬子晚报记者 杨甜子

  它有多小

  单个分子直径不超过1纳米

  造出“分子机器”的科学家绝对“好手艺”

  明代的能工巧匠能在直径一寸的木头上雕刻出苏轼游览赤壁的场景,人物的胡须和眉毛都清晰可见。明朝人魏学洢用一篇《核舟记》里让我们知道了什么是“螺蛳壳里做道场”。现如今,科学家们竟然能在比头发丝还要小1000倍的“空间”里造出一辆“分子自行车”甚至是“分子汽车”,其“巧手”的程度远胜古人。

  中国科学院院士、南京工业大学校长黄维教授研究员告诉记者,一根头发丝的直径是在微米尺度,而“分子机器”的体积比纳米还要小,单个分子的尺寸不超过0.1纳米,已经可以用更小的尺度单位“埃”来计量。

  但千万别误会,这项研究并不是真刀真枪地在分子的世界里造一辆汽车。宏观世界里我们接触到的机械大多是铁皮包着的“大块头”,但在分子的微观世界里,想要原样搬出一个“铁皮大块头”显然不现实。分子世界里的各类“机器”,其实还是一些特殊的分子。但在科学家的“巧手”合成之下,一个分子可以像宏观世界里汽车一样,多出四个球形结构的“官能团”,这便是“分子汽车”的“车轮”。

  虽然外表没有宏观世界里的汽车养眼,但“分子汽车”一样可以“开”。在外部能量场的“驱动”下,分子的另一部分“官能团”吸收这些能量,来推动“车轮”的转动,“分子汽车”便可以沿着能量驱动的方向发生移动。

  如同现实世界里机器普遍“烧油”,微观世界里“分子机器”,它的“燃料”则是化学能、电能或是光能等。给“分子机器”提供化学能从而转化为动能,就如同是在给汽车加油,便实现了让分子“动起来”的目标。

  它有多牛

  进入人体细胞,还能“撑”死癌细胞

  在信息储存上,将来可能再也不会抱怨U盘不够大

  科学家发明出的“分子汽车”或“分子自行车”有什么作用呢?记者在采访中得知,“分子机器”目前可应用于尖端的生物医学领域。南京工业大学先进材料研究院研究员秦天石博士举例,如在针对癌症患者的肿瘤治疗中,“分子机器”便可以派上大用场。肿瘤细胞本身就已足够微小,小到现在的机器人技术根本无法进入。此时,“身量短小”的分子机器便有了用武之地,它可以通过血液的流动,进入人体的正常细胞和癌症细胞内。而和正常细胞相比,癌症细胞的细胞膜较为脆弱。此时,如果在人体外施加电磁场或是加热的引导,人体细胞里的分子机器便能感受到外界的能量,从而发生形变,使得体积变大。变大后的分子机器就会撑破癌细胞的细胞膜,从而使癌细胞的“生存质量”大打折扣,甚至是死亡。秦天石介绍,目前,这项研究已经在国内科学家的努力下取得了阶段性的进展,使得这一展望有了实现的可能。

  黄维院士补充道,除了在生物医学领域的应用,“分子机器”在半导体领域也有突出的“贡献”,通过对于信息储存方式的改变,未来,你可能再也不会抱怨U盘的储存空间不够大了,因为“分子机器”的应用,你的U盘可以存进更多的照片和视频影像资料等。

  利用“分子机器”的“超分子作用力”

  南工教授正开发

  “超长待机”电池

  南京工业大学林宗琼博士告诉记者,分子机器的核心其实是分子尺度可控的机械运动。将分子运动的“超分子作用力”运用到有机半导体和柔性电子领域,实现“超分子作用力”对半导体性能的可控调节,会给柔性电子材料的研究带来新的研究机遇。

  以中国科学院院士,南京工业大学校长黄维教授为首的先进材料研究团队,正在探索将石墨烯等有机光电材料应用于可携带电池的研发。“超长待机电池”的特点是寿命超长、存储量大,充一次电后使用时间可达一周以上,电池使用寿命可延长至10-15年。

  除了可穿戴设备外,柔性电子还可应用在健康指数、医疗检测、生命体征等健康医疗领域。黄维院士举例说,只要将生物智能芯片植入独居的老人体内,便可进行全程适时监控老人的各项生理指标,诸如脑血栓、高血压之类病情一旦发生显著变化,便会经由智能芯片第一时间发送给家人和附近的医疗机构,赢得抢救的黄金时间。

2016-10-05 18:26:09

原始网页: http://sports.ycwb.com/2016-10/06/content_23182190.htm

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