2016年諾貝爾化學獎》全世界最小的機器「分子機器」研究者獲殊榮

2016-10-05 17:52

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2016年諾貝爾化學獎得主,左起:索瓦希(Jean-Pierre Sauvage)、史托達特(Sir J. Fraser Stoddart)、費倫加(Bernard L. Feringa)(AP)

2016年諾貝爾化學獎得主,左起:索瓦希(Jean-Pierre Sauvage)、史托達特(Sir J. Fraser Stoddart)、費倫加(Bernard L. Feringa)(AP)

2016年諾貝爾化學獎得主5日揭曉,由法國的索瓦希(Jean-Pierre Sauvage)、英國的史托達特(Sir J. Fraser Stoddart)、荷蘭的費倫加(Bernard L. Feringa)3位大師共享殊榮與800萬瑞典克朗(約新台幣3000萬元)獎金,得獎理由是設計與合成出全世界最小的機器──「分子機器」(molecular machines)。

瑞典皇家科學院(Kungliga Vetenskapsakademien)指出,3位科學家研發出全世界最小的機器,也就是其運動可以控制的分子,這些「分子機器」一旦被施加能量,就可以執行特定的工作,例如分子電梯、分子肌肉、分子晶片、分子馬達、奈米車。

「分子機器」見證了科技的小型化(miniaturisation)如何引發一場革命,也為化學研究開啟新頁。

分子電梯
分子電梯(Nobelprize.org)

分子電梯、分子肌肉、分子馬達

製造分子機器的第一步,由索瓦希在1983年邁出,他將兩個環狀分子連結在一起,形成鏈狀的「交環烷」(catenane)。分子中的原子通常會以共享電子的方式形成強大的共價鍵(covalent bonds),但是交環烷中的原子卻是以較自由的i機械鍵(mechanical bond)連結。一部機器要能夠運作,前提就是其各個零件能夠做相對運動;交環烷完全符合這個基本要求。

分子機器的第二步要靠史托達特,他在1991年研發出「輪烷」(rotaxane),結合一個環狀分子與一個「分子輪軸」,並且讓環狀分子繞著輪軸運轉。後來他以輪烷為基礎,進而研發出可上升0.7奈米的「分子電梯」(molecular lift)、可彎折黃金薄片的「分子肌肉」(molecular muscle)與分子電腦晶片。

分子馬達
分子馬達(Nobelprize.org)

費倫加則是第一位設計出「分子馬達」(molecular motor)的科學家。1999年,他成功讓一具分子轉子葉片(molecular rotor blade)持續以同一方向旋轉。後來他更利用分子馬達轉動1個長28微米、體積是其1萬倍的玻璃汽缸,並且開發出一部「奈米車」(nanocar)。

奈米車
奈米車(Nobelprize.org)

瑞典皇家科學院推崇2016年的3位化學獎得主將分子系統提升到「充滿能量」的狀態。從科技發展史的角度來看,分子馬達的地位相當於1830年代的電動馬達,後者衍生出一系列的電動機械。分子機器未來將在材料科學、感測器、能源儲存系統等領域全速前進。

2016年諾貝爾化學獎得主索瓦希(Jean-Pierre Sauvage)(AP)
2016年諾貝爾化學獎得主索瓦希(Jean-Pierre Sauvage)(AP)

在分子層面控制運動,就有可能控制其他各種運動

費倫加5日接受電話訪問時表示,得獎消息令自己既驚訝又榮幸,但榮譽屬於每一位研究合作者,大家的共同努力才成就了如此傲人的成果。費倫加對其獲獎成就解釋說:「一旦在分子層面控制了運動,就為控制其他各種形式的運動提供了可能。這一研究成果為未來新材料的研發開啟了廣闊前景。」 

索瓦希現年72歲,法國史特拉斯堡大學(Université de Strasbourg)博士,目前是該校榮譽教授與法國國家科學研究中心(CNRS)榮譽研究主任。史托達特現年74歲,蘇格蘭愛丁堡大學(Edinburgh University)博士,目前是美國西北大學(Northwestern University)化學教授。費倫加現年65歲,荷蘭格羅寧根大學(Rijksuniversiteit Groningen)有機化學教授。

2016年諾貝爾化學獎得主費倫加(Bernard L. Feringa)(AP)
2016年諾貝爾化學獎得主費倫加(Bernard L. Feringa)(AP)   

去年化學獎得主是瑞典的林達爾(Tomas Lindahl)、美國的莫德里奇(Paul Modrich)與土耳其裔美國科學家桑卡爾(Aziz Sancar),他們長期研究去氧核糖核酸(DNA)修復機制,從分子層面描繪細胞如何修復受損的DNA並維護其中的遺傳訊息,對活體細胞的運作提供了基礎知識,可應用於癌症藥物研發等重要領域。

2016年的諾貝爾獎三大科學獎項已經全部揭曉,特別的是,今年的7位得主沒有任何一位是土生土長的美國人(但有幾位在美國的大學任教),這種情況在諾貝爾獎史上相當罕見,2000年迄今只在2007年發生過。

2016年諾貝爾獎6大獎項,得主與揭曉時間(台灣時間)如下:

生理學或醫學獎:大隅良典(日本)
物理學獎:圖勒斯(David J. Thouless,英國)、哈爾丹(F. Duncan M. Haldane,英國)、寇斯特利茲(J. Michael Kosterlitz,英國)
化學獎:索瓦希(Jean-Pierre Sauvage,法國)、史托達特(Sir J. Fraser Stoddart,英國)、費倫加(Bernard L. Feringa,荷蘭)
和平獎:10月7日(星期五)下午5時
經濟學獎:10月10日(星期一)下午5時45分
文學獎:10月13日(星期四)傍晚(暫定)

 

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