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研究的意义和价值2019iyiou

2019-05-14 19:37:03 | 来源: 军事

今天诺贝尔化学奖新鲜出炉,授予了三位在纳米机器(nanomachines)领域的先驱者,他们分别是法国人Jean-Pierre Sauvage, 出生于英国的J. Fraser Stoddart 和荷兰科学家Bernard L. Feringa,并共同分享93万美元的奖金。

分子机器(molecular machines),是全世界体型小的机械设备,它们有可能被用于制造新的材料、传感器和能量储存系统。瑞典皇家科学院在宣布获奖人名单时说:

在发展方向上,分子马达正处于和(molecular motor)1830年代的电动机一样的阶段,那时科学家展示各种可旋转的曲柄和轮子,却不知它们会发展出电动火车、洗衣机、电风扇和食品加工机器等等。

前沿科学研究的魅力,不正在于呈现给人类更多的想象空间,给未来更多美好的可能吗?

那么,今年为什么是这三位科学家获奖呢?小探在下文尝试用白话解释一下他们的工作,不感兴趣的小伙伴可以跳过啦。

纳米技术 在纳米级别,或者十亿分之一米的单位级别上进行结构创造 数十年来一直是一个卓有成效的研究领域。今天这三位科学家更进一步,研究如何让只有人类头发宽度千分之一的小型机器进行规则运动。

目前他们的工作只是刚刚起步。制造分子机器的步就是制造可移动的零部件。化学家们长久以来就能合成环状分子,并且知道 环环相扣 可能做出分子级别零部件。

但是如何让一个环状分子可以穿过另一个来运动?获奖者之一,Sauvage博士在1983年解决了这个问题 他发现,一种带电的铜离子可以像别针那样为中心来生成环环相扣的戒指状分子,一旦环彼此连接,铜离子就可以被移除。这些分子被称为索烃。

第二位获奖者,Stoddart博士捡起接力棒,于1991年做出新的研究成果。相较于让分子环环相扣,他和同事合成了一种轮烷,即让环状分子围绕一个哑铃形轴心。环能够沿哑铃来回滑动,打个比喻,就像中国的算盘那样,算盘珠可以沿轴上下滑动。

接下来,Stoddart博士做出了一个小型计算机芯片(本质是一个分子级别的算盘),由三个轮烷连接组成。它们的内部结构像分子级别的电梯一样,但是数量级比十亿分之一米还小,并且Stoddart博士发现混合了超薄黄金层并相互连接的轮烷,特征和人造肌肉极为类似。

我们的第三位获奖者 Feringa博士,在1999年成功制造出史上分子级别马达 马达叶片由光供能,可以沿同一方向旋转。代马达速度很慢,但是15年以后,Feringa博士的小组展示了一片每秒转速达到1200万次的马达!

2011年,他们制造了一辆分子级别的 汽车 四个分子级马达充当车轮,一个纳米级车壳连接车轮并组装起汽车。

研究的意义和价值

纳米研究早已有之,三位科学家的获奖可能推动着纳米科学迎来第二波浪潮。其应用领域我们在此略举两例。

首先是生物医学。在生物体中,自然生成的分子级机器围绕在细胞周围,起到运输材料、建造蛋白质和促使细胞分裂等重要功能。目前人工制造的分子机器相比起来仍然很初级很原始,但却为我们普展开广阔的应用前景。

Feringa博士说, 想一想纳米机器和微型机器人 医生可以把这些超小机器人送到你的血管里,去消灭癌细胞和投递药物等等。

其次在材料学方面,大家知道材料属性很大一部分由分子运动形成,纳米技术可能促使新材料的产生。其中大家为津津乐道的是一种能根据外部信号更改自身特性的 智能材料 。

以上仅仅是窥其一斑,想象力建造在现有知识的基础上,人类无法对从未听闻的事物展开想象。所以,纳米科技的前景,要比我们所能描述的还要大的多。

恭喜三位年过花甲的科学家们获得诺贝尔奖,也感谢他们带给全人类的贡献。

本文参考自New York Times,如需转载,请注明链接:

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