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打造分子机器的“梦工厂”

日期:2017-10-31 15:32:37编辑作者:金沙官网
 
  这里,看上去像一间普通的化学实验室:架子上摆满烧瓶,角落里摆着冷冻器。电子显微镜下,研究人员观察着不同化学物融合之后的反应……它,就是上海高校中第一个以诺贝尔奖得主命名的研究机构——费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心。
 
  2016年,来自荷兰格罗宁根大学的伯纳德·L·费林加教授和另外两名学者以“分子机器”共同获得了当年的诺贝尔化学奖。费林加教授与中国科学院院士、华东理工大学田禾教授团队有着长期的学术交流,并于2016年受聘为华东理工大学的客座教授。“联合研究中心”是在费林加教授和田禾院士的倡议下,在上海市徐汇区政府以及张江科技园区支持下,依托华东理工大学建立的高端研究机构,其目标正是打造分子机器的“梦工厂”。这既是国家与上海市努力打造世界级研究机构的有力举措,也是把上海建设成为有全球影响力的科创中心的重要支撑。
 
  世界上最微小的机器人
 
  什么是分子机器?有一个形象的说法:比头发还要细1000倍的机器。费林加因发明分子马达名扬世界。什么又是分子马达呢?费林加在华东理工演讲时,告诉我们这样一个分子尺度的画面:一辆四轮驱动的车,能够在一定的外加刺激下实现前进、后退、拐弯等运动。这在现有的科技条件下似乎非常寻常,但是这辆车其实只有几纳米长,肉眼根本看不见,它的零件是芳环做的汽车底盘和四个分子马达做的轮子,这就是世界上在分子尺度上设计出的最复杂的分子汽车了。
 
  这款世界上最微小的汽车,就是源于费林加和他同伴的发现。在过去的25年里,研究人员已经设计并制造出了大量可以像乐高积木一样在纳米尺度上完成组装的分子机器部件,包括分子开关、分子棘轮、分子马达、分子连杆、分子环和分子推进器等。
 
  力争取得原创性突破
 
  然而,科学研究永无止境。费林加说,“我现在更关心的是怎么使用它们,而不是再造出一种新的马达。”现在,研究人员要知道如何让数以亿计分子构成的机器协同工作,产生可观测到的宏观效果,此外,还需要让这些分子机器易于操控,保证它们可以在不间断情况下完成无数次操作。
 
  “联合研究中心”核心成员、华东理工大学化学学院教授曲大辉介绍,目前我们联合中心的主要研究方向包括:“结构可控光电分子的设计与构建”“界面光电分析方法”和“复杂体系与功能材料计算模拟理论方法与应用”,三个研究领域方向吻合、紧密联系、相互支撑。未来,通过化学、材料、能源、生物、计算化学、纳米技术、分子工程等多学科相互交叉,力争取得分子机器功能、应用等原创性的突破。
 
  要应用将走过漫长道路
 
  费林加曾经说道:“分子机器可能在不远的将来改变人类。”现在,科学家已经展望分子机器的蓝图:未来,从我们的静脉里注射入一批纳米机器人,它们可以直接清洗血管,也许,心血管疾病不再是人类的“头号杀手”;我们使用的材料,通过分子机器,可以自动修复,永久使用;还有,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。
 
  不过,曲大辉告诉记者:“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,至于它会实现什么样的功能,我们如何实现分子机器的材料化应用,还有很长的路要走。而这,正是联合中心的工作。”他举例说,上世纪初,莱特兄弟发明并试飞了人类历史上第一架飞机,虽然当时这架飞机只能在空中停留很短的时间,飞行很短的距离,但经过很多年的技术发展后,飞机终于造福于全人类。也许,分子机器的应用也要走过漫长的研究发展道路,但是可以预见在不远的将来,人类将会越来越多地使用到含有分子机器的设备和材料。
 
  现在,站在世界的最前沿,人类史上最微小的机器人研究已经在中国、在上海启航,或许,改变人类进程的突破性成果就将诞生于这个位于上海的诺贝尔实验中心。

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