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分子机器在诠释前沿科技方面有何用处?

前沿科技解读丨分子机器到底有什么用?

基于这项研究,费林加的团队继续开发小分子机器,如分子齿轮。

图尔教授于2005年在《纳米快报》杂志上介绍了世界上第一辆纳米车,并通过电子显微镜成功观察到其在黄金跑道上的运动。这标志着人类在微机械研究领域迈出了新的步伐。

前沿科技解读丨分子机器到底有什么用?

2016年的诺贝尔化学奖极大地刺激了化学研究者对分子机的开发和研究。2017年4月,来自三大洲的6支车队在法国南部参加了一场特殊的赛车比赛。在这场比赛中,没有豪华车,而是分子速度。所有拥有自己的纳米车的参赛队伍在过去36小时内首次在100纳米(约为人类头发宽度的千分之一)的黄金赛道上争夺全球首个分子车比赛的第一名。在过去的36个小时里,所有团队在100纳米(约为人类头发宽度的千分之一)的黄金赛道上进行了角逐。冠军由美国和澳大利亚(29小时内行驶1微米)和瑞士(6.5小时内行驶133纳米)获得。值得注意的是,包括德国大众、丰田和法国雪铁龙在内的真正汽车厂商也赞助了这场比赛,可见投资者对纳米汽车技术充满信心。

分子机器何去何从

虽然科学家们已经成功地合成了分子链、分子电梯、分子车等小分子机器,但分子机器的应用仍在探索中。这就是为什么今年的诺贝尔奖项被称为“意想不到的”。Sauvage教授期待着分子机在能源材料中的应用。科学家计算了分子机器的能量转换效率,得出结论,分子机器的能量转换能力可能超过任何传统机器,接近100%。刺激分子机器的运动,然后拦截和储存转化后的能量,可能是对抗能源危机的关键。斯托达特教授的研究集中在目标分子可以被人工引导到细胞内这一点上。分子电梯技术成熟后,有可能将药物注入癌细胞,达到有效治疗癌症的目的。费林加教授在演讲中说,人体组织由无数分子机器组成。例如,眼睛受到光刺激后,眼睛中的分子会从卷曲的形状变成线形,然后向大脑发送信号,这样我们就可以看到对方。仿生分子机器的研究可能是盲人患者重见光明的希望。

前沿科技解读丨分子机器到底有什么用?

分子机器可能离生命还很遥远,但它们在科学研究中确实发挥了重要作用。例如,使用分子机器来确定分子间弱相互作用的影响。研究分子间的弱相互作用对于研究生物蛋白质的结构变化和化学“超大分子”的合成具有重要意义。科学家们一直希望找到一种可以测量弱相互作用大小的现象。另一方面,弱相互作用力的研究对象过于微观而难以研究,分子机的应用使弱相互作用力的研究变得容易。美国南卡罗来纳大学清水教授设计了一组可以折叠和扭曲的分子,以测试一系列溶液分子与苯环之间的相互作用。