合成各类分子机器

　　华东理工大学化学学院教授曲大辉是本届化学奖得主之一费灵格的弟子，曾经在费灵格教授那里攻读博士后。他向记者解读，本届化学奖三位得主成功设计并合成了各类分子机器，包括微型马达、微型汽车和微型肌肉，正如一位诺贝尔奖委员会成员所言：“他们掌握了在分子层面上控制运动的技术。”

　　人类能够将机器做到多小？这是杰出的美国物理学家、诺贝尔奖得主理查德·费曼在上世纪50年代对纳米技术发展提出的问题。他相信，人类有可能用“巨大”的双手制造出必须依靠电子显微镜才能观察的微型机器。

　　梦想在1983年得以实现——索瓦的研究组掌握了对分子的控制技术，创建出一种环状以及一类新月状分子。紧接着，研究组利用化学方法将另外一个新月状分子粘合上去，从而用两个新月状结构拼接成另一个圆形分子，如此便得到了环形分子链中的第一个环。这个环状结构成为分子机器的基础。

　　为了让机器能够实现功能，它必须包含数个能够相互协调工作的部件，而两个相互勾住的分子环可以满足这样的条件。1994年，索瓦的研究组成功合成出一种索烃，其中一个分子环能以受控方式旋转。这是非生物分子机器的第一个雏形。

　　1991年后，司徒塔特的研究组利用多种不同的轮烃制造出大量相对成熟的分子机器，包括一台电梯，上升高度可达到0.7纳米左右；一种人造肌肉，可以弯折黄金薄片。

　　曲大辉教授介绍，他的导师费灵格则研制出一种神奇的分子马达。1999年费灵格制造出第一个分子马达，利用一些技巧让它在同一个方向旋转。通常情况下，分子的运动受偶然性支配，平均而言，一个旋转的分子向右和向左移动的次数是相等的。但是，费灵格设计的分子马达在机械构造上能向一个特定的方向旋转。他的研究小组对马达进行了优化，现在的旋转速度可达到1200万转/秒。

　　代表化学领域前沿

　　曲大辉说，分子机器已经成为当下化学领域的前沿方向。华东理工大学就成立了由中科院院士田禾领衔的超分子化学及分子机器研究团队，重点研究分子机器设计及其应用，曲大辉本人也继续从事分子机器的研究。人类掌握如此细微的机器，究竟有什么用？

　　诺贝尔颁奖委员会解读，目前分子机器属于基础性研究。比如分子马达，现在发展阶段相当于19世纪30年代的电子马达。当时研究人员的想法还处于实验室阶段，并未想到后来引发出电气火车、洗衣机、电风扇等。

　　曲大辉表示：“分子机器研究的先驱者们已经找到了合成分子机器的有效手段，至于它会生产出什么来，我们又需要它生产什么，还有很长的路要走。”但他认为，由于化学、物理、材料等各学科的融合以及信息的快速传递，人类将会用最短时间使这项技术应用起来。他透露，在医药领域已经用分子机器制造出分子检测仪，可以快速检测肿瘤；分子晶子管有望在未来颠覆现有的计算机芯片技术，基于硅晶片的晶体管技术将会消亡。

　　曲大辉表示，正如他的导师费灵格所说，“也许化学的力量不仅仅是理解，还有创造，创造那些从未存在过的分子和物质”。

　　本报记者 张炯强