2016诺贝尔化学奖揭晓!分子机器折桂

文章来源:PROCESS《流程工业》公众号 发布时间:2016-10-08
北京时间10月5日17:45,诺贝尔基金会宣布将2016年的诺贝尔化学奖授予法国斯特拉斯堡大学的让-皮埃尔·索维奇,美国西北大学的J.弗雷泽·斯托达特,荷兰格罗宁根大学的伯纳德·L·费林加三位教授,以表彰他们在“合成分子机器”方面的研究。

这几位获奖人开发出了比人类头发丝直径还要小1000倍的分子机器。这是一个有关他们如何成功地将分子连接起来,设计出微型电梯,微型马达以及微型肌肉的故事。

获奖原因

法国化学家让 - 皮埃尔·索维奇,英国化学家J-弗雷泽-斯托达特爵士,荷兰化学家伯纳德-L-费林加共同获得2016年诺贝尔化学奖,获奖理由是分子机器的设计与合成。他们发明了“全世界最小的机器”,将分子合成在一起,使其成为极微小的电机和传动装置,这些机器比一根头发丝的1000分之一还要细。

分子机器,指由分子尺度的物质构成、能行使某种加工功能的机器,其构件主要是蛋白质等生物分子。因其尺寸多为纳米级,又称生物纳米机器,具有小尺寸、多样性、自指导、有机组成、自组装、准确高效、分子柔性、自适应、仅依靠化学能或热能驱动、分子调剂等其他人造机器难以比拟的性能,因此研究生物纳米机器具有重大意义。

分子机器将极有可能促进新材料、传感器和能量存储系统等领域的应用和发展。

诺奖官网公告:

他们合成了世界上最小的机器

法国化学家让-皮埃尔-索维奇、英国化学家J-弗雷泽-斯托达特爵士以及荷兰化学家伯纳德-L-费林加凭借共同设计与合成分子机器获得了2016年诺贝尔化学奖。他们使得分子运动具有可控制性,只要加入能量,就能执行任务。分子机器是一个小型升降机、人造肌肉和体型极小的马达。

计算的发展为我们展示了技术的微型化将带来怎样的革新。

2016年的诺贝尔化学奖得主使机器变得微型,并为化学这一领域开辟新的前进道路。

让-皮埃尔-索维奇早在1983年就迈出了分子机器的第一步。当时他成功将环状分子连接成链,名为索烃。一般来说,分子有强大的共价键连起来,原子在共价键共享电子,但是在链条中,分子则被更加自由的机器纽带连接在一起。一架能够执行任务的机器必须包含可以相对移动的部分。这两个交叉连结的环正好满足了这个条件。

1991年,斯托达特爵士进行了第二步。他分解出了轮烷。他将分子环缠绕在很细的分子轴上,表明分子环可以沿着分子轴移动。他的实验基于轮状化合物,包括分子起重机、分子肌和分子级别的电脑芯片。

伯纳德-L-费林是第一个做出了分子马达的人。1999年,他得到了一个可以沿着一个方向持续旋转的分子马达叶片。他可以用分子马达旋转一个玻璃量筒,这个量筒是分子马达的1万倍大。他还设计了一个纳米汽车。

2016年的诺贝尔化学奖获得者们将分子体系带出了平衡的僵局,带进了充满能量的状态,在这个状态中分子的运动可以被控制。发展方面,分子马达所处的阶段和19世纪30年代的电动机一样。当时科学家展示了各种旋转的曲柄和轮子,但没意识到它们可以引领电气列车、洗衣机、食品加工器。分子机器最有可能应用在新材料、传感器和储能系统的发展中。

这两年的诺贝尔化学奖告诉了我们什么!

文/郭开周

一、科学和技术已经密不可分,往往是高超的技术促进了科学的发展

2013年诺贝尔化学奖授予给卡普拉斯、菜维特和瓦谢尔三位美国科学家,以表彰他们在“发展多尺度模型研究复杂化学体系”上的贡献。这次授奖表明,对于今天的化学家来说,计算机(分子)模拟已和试管实验同等重要……

2014年的诺贝尔化学奖公布后,媒体说,在20世纪的大部分时间,科学家们都认为,光学显微镜永远无法看到小于光波长一半的物体,也就是说,分辨率超不过0.2微米。但美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔借助荧光分子的帮助,使光学显微镜发展到了一个新的层次——纳米显微镜。三位科学家也因在超分辨率荧光显微技术领域取得的成就而获得2014年诺贝尔化学奖的殊荣。

计算机模拟、纳米显微镜显然都不是属于化学领域的东西,而是属于计算机出现后,高科技时代技术平台一类的东西,由于对化学科学的贡献,而获得诺贝尔奖。

这两年的诺贝尔化学奖告诉了我们:在现代,不仅生产离不开先进的技术平台,科研也离不开先进的技术平台。

再一个例子就是医学科学仪器的进步促进了医学科学的进步。

医学领域,科技工作者跟上了时代的步伐。

核磁共振成像、CT、彩超等先进技术的诊断精度,迅速把医学水平提高到了一个新的高度。现在,医生可以明确地告诉病人,比如你的脑袋里一个具体位置上的“血管有5毫米长的栓塞”、你的肝的一个具体位置“有一个7毫米尺度的囊肿”……医生在有精确定位能力的仪器指导下,对身体只打开一个小孔,就能实施极精密的手术,治愈病人。

……

这些进步是过去不敢想象的。

一些医院宣传说他们医生的水平如何高,全世界的人都知道,医生的高水平离不开数字化时代先进科技的支撑。

我们似乎是在不知不觉之中就进入了一个全新的科技时代。

这使我联想到,近年来媒体多次提到的“第三次工业革命”。不少专家认为:“第三次工业革命”就是新能源、新材料、互联网、物联网等不断融合出来的一个数字化制造时代。”

媒体说:“历史的教训,现实的趋势,当下的萌芽,中国的工业处境,都让我们必须开始未雨绸缪,传统的工业发展思路难以为继,必须寻找新的出路。”

二、瞧不起技术工作的观念应该纠正

现在,我们许多年轻人愿意当公务员、律师、“资本家”,而不愿意从事“一身油污”的科技、生产工作。

当然,每个人都有选择他/她从事何种事业的权力。问题是在当前的中国,这些工作竟然这样讨人厌,的确需要认真思考!

这里介绍一些关于日本人成功的经验。

有学者说……最令人感慨的是,秉承产业救国理想的明治一代人,对一线技术人员的重视程度,是任何国家都无以复加的。由此带动了全社会对从事工程技术这一职业的尊重和向往。大野健一在《解密日本经济发展之路》中说:大多数国家都有一种风潮,那就是与坐在干净漂亮的办公室里工作的律师或财务人员相比,工厂里浑身油泥的工程师这一工作并不被看做是高级职业。然而在日本却截然不同。大学毕业生们非常乐于从事机器的安装、调试与维修工作。大多数优秀的学生在决定专业时,选择的不是法律或经济学科,而是工程与机械。

日本人的技术工作大大促进了他们的科学进步。

以工业革命为近代社会的开始点来说,日本是一个“后进”的社会。可是,自1949年汤川秀树因预言中子的存在而获诺贝尔物理学奖以来,迄今为止,日本获得诺贝尔奖的人数总计达到22人。其中共有10人获得物理学奖,显示了日本在物理学领域的强大实力。同时,日本在自然科学领域的诺贝尔奖获奖人数至今已达到19人,超过瑞典,排在美国、英国、德国、法国之后的第5位。

正是一个社会的技术进步为他们的科学奠定了发展的基础。因此没有理由瞧不起“技术工作”。

我们不少重要科研项目长期完不成任务,根本问题是我们在技术上没有突破。空谈理论水平的高低是没有意义的。

三、学术交流与保密

现代科学技术的发展,很少有一个人就能完成的“事业”。物理、化学、生物医学类的诺贝尔奖的得奖人数都不是一个人。而在得奖者的后面总会有一个团队。因为,一个人的头脑和精力毕竟有限,与同事的讨论会触发出智慧的火花,与同事的协作也会产生出“一加一大于二的效果”。特别在技术领域更是如此。因此我们可以说,一个单位的科技进步离不开单位内部的学术交流。

关于学风问题,还有必要说几句。世界的现代文明起源于欧洲的大学。1088年,意大利建立了波伦那大学,很快,在欧洲各国陆续建立了若干大学。他们经常就学术问题展开辩论。历史学家说:“辩论使得中世纪的欧洲人心智敏锐……”后来14、15世纪的“文艺复兴”以致18世纪下半叶在英国开始的工业革命,再到现代的电子时代(或数字化时代),科技领域的神速进步,无不与良好的学术氛围有关系。

当然,要建立良好的学术交流氛围,首先必须形成良好道德规范。

若干年前,我看过一部前苏联电影,一位教授因为剽窃而被流放到库页岛去劳改。前苏联以一国之力与西方抗衡,他们的科技和国防是不能来半点虚假的。他们的科学家是有真才实学的。

在具体的科技问题讨论中,是谁的观点就是谁的观点。如果你把别人正确的观点说成是自己的,而上级领导又支持你。这样的单位就不会再有正常的学术气氛了。在一些关键问题上,你们的科技进步就一定是缓慢的。

学术交流与保密是一对矛盾。

现代,美国的科技在世界领先。他们的保密工作既做得很好,他们内部的科技交流又颇有成效。这个问题是值得研究的。

关于美国人的科技水平,就不用我在这里赘言了。关于美国人的保密工作,我有深切的体会。我有一位朋友,1962年北京大学毕业,在国内研制行波管,70年代末到了美国,成为美国公民。在美国搞本行对他似乎是顺理成章的事。可是没有一家美国行波管公司要他,因为他是从中国(大陆)来的。他只好通过考试,当了市政公务员。

还有一件事,2000年底我们驱车(单程)1500公里,到土桑参观那里的一件医疗设备。篮球巨星麦克尔.乔丹的身体里几乎没有脂肪,除了骨头就是肌肉,就是用这种设备测出来的。到了那里后,进门要检查证件,见我是中国人,把我和我的太太两人拒之门外,好不尴尬。

经历过世界大战和冷战的美国是非常重视保密工作的。

我在英国时,一些餐厅的墙壁上就贴有英国前首相邱吉尔关于保密的名言。

任何国家都会对自己的核心技术进行严格保密的!不必骂别人“卡我们的脖子”,显得没有志气。

学术交流不能只限于找几个人来谈谈科普,也不能只限于找几个人来介绍世界的科技动态(情况汇编)。而必须形成有就关键的科技问题进行讨论、分析的局面。不把这个问题解决好,科技是很难有突破性的进步的。

近20年来诺贝尔化学奖名单

关于诺奖,你知道多少?

瑞典时间10月3~10日,除文学奖待定外,2016年诺贝尔奖的各个奖项将相继揭晓。目前,生理学或医学奖及物理学奖、化学奖已尘埃落定。‘

10月3日,2016年诺贝尔生理学/医学奖在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓,来自日本的分子细胞生物学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)摘得该奖。

大隅良典也是日本史上第四名获得诺贝尔生理学或医学奖的科学家。

(日本科学家大隅良典)

10月4日,物理学奖被宣布花落三名美国大学教授戴维·索利斯(David Thouless)、邓肯·霍尔丹(Duncan Haldane)和迈克尔·科斯特利茨(Michael Kosterlitz),以表彰他们在理论上发现物质的拓扑相变和拓扑相。

(图片来源于界面)

诺奖诞生与评选颁奖的流程

诺奖诞生:

“在此我要求遗嘱执行人以如下方式处置我可以兑现的剩余财产:将上述财产兑换成现金,然后进行安全可靠的投资;以这份资金成立一个基金会,将基金所产生的利息每年奖给在前一年中为人类作出杰出贡献的人。将此利息划分为五等份……”

——艾尔弗雷德·伯哈德·诺贝尔

随着遗嘱的确立,诺奖就这样诞生了!

评选流程:

每年9月至次年1月31日,接受各项诺贝尔奖推荐的候选人。通常每年推荐的候选人有1000—2000人。提名工作在评选和颁奖的前一年开始。每年的9月,诺贝尔委员会向提名人发送邀请函和提名表格,物理、化学、生物和医学、经济、和平奖大约各发出3000份邀请函,文学奖大约发出600-700份邀请函。(想想这个工作量还是不容小觑的~~)

诺贝尔奖对提名人的资格有严格的限制,通常只有如下几类人选才有资格成为提名人:具有推荐候选人资格的有:先前的诺贝尔奖获得者、诺贝尔奖评委会委员、特别指定的大学教授、诺贝尔奖评委会特邀教授、作家协会主席(文学奖)、国际性会议和组织(和平奖)。

不得毛遂自荐。瑞典政府和挪威政府无权干涉诺贝尔奖的评选。

3月至8月为咨询与遴选期,9月份聚在一起讨论和比较。和平奖由挪威诺贝尔学院遴选出小名单后,还要送给学院聘请的永久顾问和临时顾问进行评估。

每年10月上旬由各个奖项的颁发机构通过投票来确定获奖人选,一旦确定即为最终决定,不接受申诉。

获奖通知:

如今,获奖结果会在对外宣布前几分钟电话通知获奖者,这种斯德哥尔摩来的电话通常是突如其来,许多人都毫无准备,有人正在看牙医,有人正在喝啤酒,有人在逛超市错过了电话,1991年的化学奖获得者夏德·恩斯特则正在飞越太平洋的飞机上,机长接到电话转告了他。

颁奖典礼:

每年12月10日诺贝尔忌辰为颁奖日。物理、化学、生物和医学、文学、经济学5个奖项在斯德哥尔摩市政大厅颁发,和平奖在挪威奥斯陆市政厅举行。除和平奖可以颁给个人或机构外,其他奖项只颁发给个人,且同一奖项最多只能同时颁发给三人。获奖者将领取一块奖牌,一个获奖证书,和一份确认奖金金额的文件。

内容来源:诺贝尔奖官方网站,科学网,腾讯科学,蟠桃会,界面等,“流程工业”编辑整理发布,转载请注明出处。

0
-1
收藏
/
正在提交,请稍候…