瑞典皇家科學(xué)院宣布了2016年諾貝爾化學(xué)獎的獲得者名單，法國科學(xué)家讓－皮埃爾·索瓦日、美國科學(xué)家弗雷澤·斯托達(dá)特、荷蘭科學(xué)家伯納德·費林加三位科學(xué)家，因為在分子機器設(shè)計與合成領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，將共同分享800萬瑞典克朗（約合93.33萬美元）的諾貝爾獎金。

　　諾貝爾化學(xué)獎2016年授予讓 - 皮埃爾·索維奇，J·弗雷澤·斯托達(dá)特爵士，以及伯納德·L·費林加。他們做出了只有頭發(fā)絲千分之一粗細(xì)的分子機器。他們成功地將分子連在一起，共同設(shè)計了包括微型電梯、微型電機還有微縮肌肉結(jié)構(gòu)在內(nèi)的所有分子機器。

　　讓-皮埃爾·薩維奇，1944年生于法國巴黎。1971年獲法國斯特拉斯堡大學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)任斯特拉斯堡大學(xué)名譽教授，及法國國家科學(xué)院名譽研究主管。

　　J.弗雷澤·斯托達(dá)特爵士，1942年生于英國愛丁堡，1966年獲英國愛丁堡大學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任美國西北大學(xué)的董事會化學(xué)教授。

　　伯納德·L·費林加，1951年生于荷蘭巴杰-康帕坎。1978年獲荷蘭格羅寧根大學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任格羅寧根大學(xué)有機化學(xué)教授。

　　魏飛：這是納米研究的新方向

　　魏飛，清華大學(xué)化學(xué)工程系教授，主要研究領(lǐng)域為氣固多相反應(yīng)及納米材料制備，清潔能源化工工藝及其工程化。

　　這是納米研究的一個新的方向，像這樣一類的可以通過化學(xué)的辦法去做可動的東西，通過自下而上的方法去做機器的這種手段，在以前化學(xué)獎里面是沒有的，所以我倒覺得這是一個很大的突破，諾貝爾化學(xué)獎還是重視基礎(chǔ)的，這件事兒很重要。

　　王永亭：基礎(chǔ)研究得獎很贊

　　王永亭，上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授，主要進(jìn)行腦損傷修復(fù)相關(guān)的研究。

　　今年的獲獎研究我的理解，是用化學(xué)合成的方法，制備有功能的結(jié)構(gòu)，讓化學(xué)分子間連接起來產(chǎn)生可預(yù)測的運動。

　　有機化學(xué)領(lǐng)域我不熟悉，感覺強調(diào)了獲獎科學(xué)家們能夠制作微觀機器有未來應(yīng)用潛力，諾獎是了解自己不熟悉領(lǐng)域的好機會?；A(chǔ)研究得獎很贊，很高興有機會復(fù)習(xí)有機化學(xué)。

　　白鳥：化學(xué)獎這次是真正的化學(xué)獎啦

　　白鳥，天津理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授，科學(xué)松鼠會成員

　　看諾貝爾獎的官方說明，獲獎的這三個人相當(dāng)于開創(chuàng)了利用超分子進(jìn)行自組裝的領(lǐng)域，Sauvage首先實現(xiàn)了兩個環(huán)狀分子的自連接，接下來Stoddart實現(xiàn)了利用一個分子推動另一個分子運動，隨后Feringa開發(fā)出了分子馬達(dá)。這三方面的工作共同實現(xiàn)了將分子由穩(wěn)態(tài)變?yōu)槟軌蜻\動的狀態(tài)，并初步實現(xiàn)了對其的控制。簡單說，就是通過人為的設(shè)計讓超大分子實現(xiàn)了可控的結(jié)構(gòu)變化和運動吧?？梢哉f這是一個基礎(chǔ)研究，如果做好的話也很好玩啊，比如納米機器人、生物計算機（而且還不用是二進(jìn)制）什么的。化學(xué)獎這次終于不用被說是被物理獎或生理獎鳩占鵲巢了。

　　崔強：看來諾獎評判標(biāo)準(zhǔn)也在努力改變

　　崔強，美國威斯康星大學(xué)化學(xué)系教授，從事理論和計算化學(xué)，生物物理方向相關(guān)研究。

　　分子馬達(dá)？？基礎(chǔ)科學(xué)！我們剛才還在預(yù)測說“分子馬達(dá)、分子機器”太前沿?？磥碇Z獎評判也在努力改變。支持基礎(chǔ)科學(xué)！

　　馬明明：比較驚訝

　　馬明明，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系教授，主要從事超分子化學(xué)和有機功能材料的研究。

　　超分子化學(xué)第一次得獎是在1987年，這是第二次。Jean-PierreSauvage是J.-M.Lehn的學(xué)生，后者于1987年的獲得了諾貝爾化學(xué)獎，今年三位諾獎化學(xué)獎都是有機化學(xué)家。Lehn是目前超分子化學(xué)第一次諾獎得主中唯一健在的，和Lehn同時代的化學(xué)諾獎得主還在世的很少了。他的影響力非常大，應(yīng)該對這次超分子得獎有重要貢獻(xiàn)?！　∵@個領(lǐng)域可能對很多人來說還比較陌生，我自己其實是做超分子化學(xué)的，但是對他們?nèi)荒艿锚勔脖容^驚訝，這個領(lǐng)域目前來看還沒有特別多的應(yīng)用，對化學(xué)其他領(lǐng)域的影響也沒有特別大?？赡苤Z貝爾獎評獎委員會看中的是這個領(lǐng)域未來的應(yīng)用前景，就像87年化學(xué)獎得主萊恩（Jean Marie Lehn）說的，超分子化學(xué)未來可能升級為超分子科學(xué)，是整個化學(xué)未來的一個重大的發(fā)展方向。

　　而且這三位科學(xué)家所做的事情把傳統(tǒng)的有機分子和現(xiàn)在非?；馃岬?a target="_blank">納米技術(shù)在一定程度上聯(lián)系了起來，另一方面超分子化學(xué)可以解決化學(xué)和生物方面的關(guān)聯(lián)。

　　但就目前而言，這些納米機器離應(yīng)用還非常非常遠(yuǎn)。倒是科幻電影里非常多，估計評委們都喜歡黑客帝國類型的科幻片。

　　沒得獎的領(lǐng)域的大牛應(yīng)該很開心，因為還有機會。

　　我個人覺得超分子化學(xué)復(fù)雜程度介于化學(xué)和生物之間，應(yīng)該說比目前有機化學(xué)的復(fù)雜程度高了不止一個量級，這個得獎應(yīng)該說是諾貝爾評獎委員會希望大家能夠給往這個方向發(fā)展，多多關(guān)注它，但這個這個方向就近期而言還是以基礎(chǔ)研究為主。

　　孔學(xué)謙：太意外了，太意外了

　　孔學(xué)謙，”***計劃“特聘研究員、博導(dǎo)、浙江大學(xué)化學(xué)系，主要研究核磁共振技術(shù)在化學(xué)和材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　這是目前非常熱門的超分子化學(xué)的類別。超分子在自然界是始終存在的，就是分子利用弱相互作用力“組合在一起”，讓整體產(chǎn)生原來單個分子所不具備的能力。DNA分子就是一個超分子。三位獲獎?wù)咦龅氖虑榫褪侨ピO(shè)計這樣的分子來實現(xiàn)原來天然分子不具備的能力。但是人工利用這種超分子的性質(zhì)來人工設(shè)計分子是近幾年才興起的一個方向，還是一個年輕的領(lǐng)域，將來會發(fā)展成什么樣還不知道。也許這是諾獎委員會想要刺激這個領(lǐng)域的發(fā)展吧。

　　我覺得這個領(lǐng)域?qū)碚婺馨l(fā)展起來的話會有非常廣闊的前景，不光是分子馬達(dá)，還比如分子的自組裝，分子的響應(yīng)。比如智能分子，能在不同的環(huán)境下做出不同的響應(yīng)，這樣的分子也是很有可能被設(shè)計出來的。潛在的應(yīng)用包括分子開關(guān)，分子肌肉，分子機器人，分子everything。

　　所以這個這個諾獎里面有兩個關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)—一個是超分子，通過靜電作用或者氫鍵或者范德華力將多個分子組裝起來；第二點就是讓這些分子以一個整體來進(jìn)行運動，是有效的運動而不是隨機的運動，將外部的能量轉(zhuǎn)化為機械能。

　　還有很長的路要走，希望這個諾獎能推動這個領(lǐng)域發(fā)展。

　　我覺得作為一個科學(xué)家如果自己的領(lǐng)域得到諾貝爾獎會非常開心，因為這意味著你的領(lǐng)域會有一個大發(fā)展。然而沒有得獎?wù)f不定是更好的機會，也許下一次諾貝爾獎就是你的領(lǐng)域。諾獎只代表了諾獎評委的口味，真正好的科學(xué)沒有諾獎也一樣重要，畢竟科學(xué)家并不是為了諾獎而工作，追求的是自己的好奇心和使命感。

　　不在于誰得獎，在于越來越多的人關(guān)注科學(xué)，積極參與科學(xué)實踐，以后咱們國家自己的諾獎就有希望。

　　2016諾貝爾化學(xué)獎解讀

　　你可以把機器做到多小？諾貝爾獎獲得者理查德·費曼在50年代就預(yù)測到了納米技術(shù)的發(fā)展，他在1984年在一次富有遠(yuǎn)見的演講中提出了這個問題。他赤著腳，穿著粉紅色的polo衫和米色短褲，轉(zhuǎn)向觀眾說：“現(xiàn)在我們來談?wù)劊圃鞓O其微小的、有可移動部件的機器的可能性?！?/p>

　　他相信，在納米尺度下打造機器是可能的。這在自然界是存在的。他舉了細(xì)菌鞭毛為例，這些葡萄酒開瓶器形狀的大分子不斷旋轉(zhuǎn)，推動著細(xì)菌前進(jìn)。但人類可不可以用自己的巨大雙手，制造如此之小、需要電子顯微鏡才能看的機器呢？

　　未來的愿景：分子機器將25~30年之內(nèi)出現(xiàn)

　　一種可能的方法，是做一臺比人類自己的手更小的機械，然后用這新的“手”再做更小的手，然后再做更更小的手，如此這般，直到能用微型手造同樣微型的機械。費曼說，有人試過，但不太管用。

　　另一種理查德·費曼覺得更靠譜的策略，是自下而上地建造機械。在他的理論構(gòu)想中，不同的物質(zhì)，比如硅，可以被噴灑到同一個表面上，一層原子疊一層原子。之后，一些層被部分溶解并除去，形成可以使用電流來控制的移動部件。在費曼對于未來的展望中，這樣的結(jié)構(gòu)可以用來做一個微型攝像機的快門。

　　講座的目的是啟發(fā)當(dāng)時聽眾中的研究人員，讓他們檢驗他們所相信的東西的極限在哪里。最后費曼合上他的筆記本，看向聽眾，俏皮地說：“…你們可以試試看，能否重新設(shè)計你們熟悉的各種機器，這個過程肯定很愉快。25~30年之內(nèi)，應(yīng)該會有一些這方面的實際應(yīng)用。但它具體是什么，我不知道?！?/p>

　　費曼和當(dāng)時聽眾中的研究人員都不知道，那時分子機械的研究已經(jīng)走出了第一步，而且方式和費曼預(yù)測的相當(dāng)不同。

　　用機械力鎖起分子

　　在20世紀(jì)中期，為了制造越來越復(fù)雜的分子，化學(xué)家們試著去創(chuàng)造分子鎖鏈——讓環(huán)狀分子能夠互相連接。如果有人能成功做到這一點，將不僅意味著一種驚人的新分子誕生，于此同時也創(chuàng)造了一種全新的化學(xué)鍵。正常情況下，分子們是被強力的共價鍵維系的，原子在其中共享電子。而這一夢想則想要以機械鍵取而代之，讓分子們得以互相連鎖而其原子卻不直接發(fā)生相互作用（圖1） 。

　　在20世紀(jì)的50和60年代，一些研究小組報告過在他們的試管中制出了分子鎖鏈，然而他們所生產(chǎn)的數(shù)量很小，而方法又過于復(fù)雜，因此用途有限。人們更多地視這些成就為好奇探索，而非有功能的化學(xué)。在多年挫折之后，許多人都放棄了希望，到了80年代初期，這個領(lǐng)域充滿了厭倦情緒。然而，重大突破卻于1983年出現(xiàn)了。用一個普通的銅離子，一個由讓-皮埃爾·薩維奇所帶領(lǐng)法國的研究團(tuán)隊就掌控了分子。

　　讓-皮埃爾·索維奇把分子聚集在一個銅離子周圍

　　在科學(xué)研究中，靈感常常來自完全不同的領(lǐng)域。讓-皮埃爾·索維奇的研究領(lǐng)域是光化學(xué)，這個領(lǐng)域的化學(xué)家試圖開發(fā)能夠捕獲太陽能并用它驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)的分子復(fù)合物。當(dāng)索維奇建好了其中一個這樣的光化學(xué)分子模型之后，他突然間發(fā)現(xiàn)了這個模型與分子鏈的相似之處：一個核心銅離子周圍纏著兩個分子。

　　這靈光一閃使得讓-皮埃爾·索維奇的研究方向大轉(zhuǎn)。利用這一光化學(xué)復(fù)合物作為模型，他的研究組構(gòu)建了一個環(huán)狀的分子和一個新月形的分子，并使這兩種分子能夠被銅離子吸引（圖1）；銅離子作為凝聚力讓這些分子呆在一起。接下來，研究組利用化學(xué)手段將新月形的分子和另一個分子“焊接”到一塊，這樣一來，另一個環(huán)就形成了——它與之前的環(huán)狀分子組成了鎖鏈的第一個環(huán)扣。這時，研究者能夠移走已經(jīng)完成任務(wù)的銅離子。

　　圖1：讓-皮埃爾？索維奇利用銅離子的機械鍵來讓分子互鎖起來

　　化學(xué)家們會討論化學(xué)反應(yīng)的“產(chǎn)率”：那些形成目標(biāo)分子的反應(yīng)物占初始反應(yīng)物的百分比。之前，在嘗試構(gòu)建結(jié)環(huán)分子的研究中，最成功的產(chǎn)率也只有幾個百分點。而在銅離子的幫助下，索維奇能夠?qū)a(chǎn)率提高到驚人的42%。突然間，分子鏈不再只是純好玩的東西了。

　　有了這樣革命性的方法，索維奇復(fù)興了拓?fù)浠瘜W(xué)領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域中，研究者們（經(jīng)常借助金屬離子的）在越來越多的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中將分子互鎖——從長長的鏈到復(fù)雜的扭結(jié)。

　　讓-皮埃爾·索維奇和J.弗雷澤·斯托達(dá)特（我們很快會再談到他）是這一領(lǐng)域的領(lǐng)航者，他們的研究組構(gòu)建出了各種文化標(biāo)志的分子版本，諸如三葉結(jié)、所羅門結(jié)和博羅米恩環(huán)（圖2）。

　　圖2： a. 讓-皮埃爾·索維奇創(chuàng)造出了三葉結(jié)分子。這個標(biāo)志在凱爾特十字、如尼石刻、對雷神之錘的描繪中都有出現(xiàn)；在基督教中，它代表著三位一體。b. J.弗雷澤·斯托達(dá)特構(gòu)建的博羅米恩環(huán)。它在古代北歐文石畫上出現(xiàn)，同樣代表這三位一體。c. 斯托達(dá)特和索維奇構(gòu)建的所羅門結(jié)分子，這個圖案象征著所羅門王的智慧。它在伊斯蘭常常被使用，也曾出現(xiàn)在羅馬馬賽克畫中。

　　不過，美觀的分子結(jié)只是2016年諾貝爾化學(xué)獎故事的旁支——回到分子機器上吧。

　　走出了邁向分子馬達(dá)的最初一步

　　讓-皮埃爾·索維奇很快意識到分子鎖鏈（稱為“索烴”，catenanes）并不只是一類新的分子。他認(rèn)識到自己已經(jīng)邁出了創(chuàng)造分子機器的第一步。為了讓機器完成一項任務(wù)，它必須包含能夠相互運作的若干部分。兩個互鎖的環(huán)就能夠滿足這個要求。1994年，讓-皮埃爾·索維奇的研究組又成功構(gòu)建了一種索烴，它的其中一個環(huán)能在接受能量后受控繞另一個環(huán)旋轉(zhuǎn)。這是非生物分子機器的最初雛形。

　　另一個化學(xué)家構(gòu)建了第二個分子機器雛形。這位化學(xué)家成長的地方，在蘇格蘭一個沒有電也沒有任何現(xiàn)代設(shè)施的農(nóng)場。

　　弗雷澤·斯托達(dá)特把一個分子環(huán)串到了一個分子軸上

　　斯托達(dá)特小時候沒有電視看也沒有電腦玩兒。用來打發(fā)時間的是拼圖游戲，這就給了他一個化學(xué)家所需要的訓(xùn)練：辨認(rèn)形狀，發(fā)現(xiàn)它們可以怎樣組合在一起。他還被化學(xué)中的一種可能性所吸引，就是可以成為分子藝術(shù)家——雕琢出世界上從來沒有人見過形狀。