【媒体报道集锦】诺贝尔化学奖获得者与华理渊源受媒体关注
10月5日，2016年度诺贝尔化学奖揭晓，让-皮埃尔•索瓦日教授、弗雷泽•斯托达特爵士以及伯纳德•L•费林加教授因在分子机器的设计和合成上的贡献而获奖。这三位科学家与我校田禾院士团队在学术科研上有着密切的合作与交流。我校田禾院士、曲大辉教授分别接受《解放日报》《文汇报》《新民晚报》、第一财经等等多家媒体采访，解读了2016年诺贝尔化学奖，科普何谓“分子机器”。人民网、光明网、央视网、环球网、腾讯网等百余家媒体进行了转载。
斯德哥尔摩时间5日11时45分，北京时间17时45分，2016年诺贝尔化学奖授予了3位科学家：法国斯特拉斯堡大学的让-皮埃尔·索瓦日教授、美国西北大学的弗雷泽·斯托达特爵士以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·L·费林加教授，获奖理由是“分子机器的设计与合成”。很多人之前都猜测这次诺贝尔化学奖多半会颁给生物化学，没想到难得地颁给了纯化学领域的科学家，尽管“分子机器”并不是大热门。
什么是分子机器
据复旦大学化学系黎占亭教授介绍，简单来说，分子机器是在分子水平上，由一个分子或几个分子，通过分子的运动，实现宏观机器的运动。
黎占亭介绍，第一位获奖者让-皮埃尔·索瓦日教授的导师曾于1987年因“超分子化学”获得诺贝尔化学奖。此次让-皮埃尔·索瓦日教授的贡献在于第一个在分子机器研发领域开展工作。1983年，他通过配位作用，构建超分子结构，成功地将两个环形分子连接起来，形成了一根链。一架机器要能执行任务，其各个组成部分之间必须具有相对运动的能力，这两个相互扣合的环形分子正好符合这个要求。
华东理工大学化学与分子工程学院教授、中科院院士田禾介绍，1991年，美国化学家斯托达特第一个提出“分子梭”概念，即在一个刚性棒状分子上套一个分子大环——轮烷，分子大环能在分子棒上来回穿梭。“在给予能量后，分子机器的各个模块就会做相对运动，像我们熟悉的机器那样”。
第三位获奖者伯纳德·L·费林加教授则是研究出分子马达的第一人，在光控单分子马达领域有开创性的工作。田禾介绍，费林加合成的是“分子马达”，它有一个固定基座，位于基座上部的分子会做360度定向转动，与宏观世界的机械马达很像。1999年，他研究出分子旋转叶片。利用分子马达，他让一个比马达大上1万倍的玻璃杯成功旋转。
“今年获得诺贝尔化学奖的三位科学家研制出了三种分子机器，其状态各不相同。他们的开创性工作让人类认识到，可用分子为材料，设计、建造微观世界的机器。”田禾说。
分子机器有何意义和应用价值
分子机器的问世有什么意义和应用价值？田禾说，生物体内的很多活动，其实都有赖于分子机器的运转。科学家研究细胞分裂、DNA复制、物质运输、肌肉收缩等生命活动，追溯到分子层面后，发现它们都是众多分子机器做功的结果。因此，化学家可以和生命科学家合作，通过设计、合成分子机器来模拟各种生命现象。
分子机器还能用来存储信息，构建神奇的“分子计算机”。2007年，斯托达特带领团队研制出一种能超高密度存储信息的分子芯片，其存储密度达到了2020年硅基芯片的水平。华东理工大学化学与分子工程学院教授曲大辉解释说，硅基芯片的信息存储密度遵循摩尔定律（在价格不变情况下，集成电路上可容纳的元器件数目和性能，每隔18—24个月会提高1倍），但这个定律会遇到发展瓶颈，而分子芯片能实现分子尺寸上的信息存储，所以不遵循摩尔定律，在存储密度上能大幅超越硅基芯片。
诺贝尔奖评审委员会指出，目前，分子机器处在概念应用阶段，尽管“分子机器”目前还没有实际的应用，未来它会怎样改变人类的生活？据介绍，它有望用于更精准的疾病检测、药物输送，超高密度信息存储、能量存储，新材料、传感器等众多领域，应用前景不可限量。
原文来源: 解放日报 第03版 | 发表时间:2016-10-06 | 作者：黄海华 俞陶然
原文链接: http://newspaper.jfdaily.com/jfrb/html/2016-10/06/content_220530.htm
《文汇报》：分子机器使人类操控分子达到新高度
在瑞典斯德哥尔摩的瑞典皇家科学院，三位获得2016年诺贝尔化学奖的科学家让-皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特、伯纳德·费林加(从左至右)的肖像展示在屏幕上。新华社发(石天晟摄)
北京时间昨天下午5点45分，2016年诺贝尔化学奖揭晓，一项非常基础的纯化学研究———分子机器获奖，法国斯特拉斯堡大学教授让-皮埃尔·索瓦日 (Jean-Pierre Sauvage)、美国西北大学教授弗雷泽·斯托达特(Sir J.Fraser Stoddart) 和荷兰格罗宁根大学化学系教授伯纳德·费林加(Bernard L.Feringa)，分享了2016年诺贝尔化学奖，表彰他们“发明了行动可控、在给予能源后可执行任务的分子机器”。
这项离现实应用还比较遥远的研究，却使科学家对分子运动的操控达到了前所未有的新高度。其实，在生命体中，科学家早就看到了分子机器的存在，但生物分子机器结构和机制复杂，一旦可以通过化学方法实现对分子机器的精确构建，将可能引来材料和信息技术的新一轮大发展。
三个人，三座里程碑
三位获奖人真可谓光芒四射：索瓦日教授是法国科学院院士；斯托达特教授是美国科学院院士、美国文理科学院院士、英国皇家化学会荣誉会士；费林加教授是荷兰皇家科学院院士，也是美国文理科学院外籍院士。
1983年，让-皮埃尔·索瓦日迈出了构建分子机器的第一步，他将两个环状分子套在一起，形成稳定的互穿超分子结构，并将其命名为索烃。1991年，斯托达特则成功制备了一类轮烷，其中一个分子为链型结构，一个分子为环，环分子套在线性分子上，并可以往返运动。在此基础上，他为分子机器设计出了一系列“衍生品”：分子起重机、分子肌肉和分子芯片等。费林加则是发展分子马达的第一人。1999年，他制作了一个分子转子叶片，能够持续朝一个方向旋转。利用分子马达，他成功让
一个玻璃圆筒开始旋转———这个圆筒可比马达本身大上1万倍。此外，他还设计了一辆纳米小车。
虽然诺贝尔奖官网上对这三位获奖人工作的介绍，让人感觉非常神奇，但在实际科研中，分子机器还处于非常基础的阶段。
复旦大学化学系教授黎占亭说，分子机器能否走向实用，实现器件化、规模化是关键，目前全世界该领域科学家都朝着这一方向在努力。
今年6月，在学术界有着举足轻重地位的美国戈登会议首次将“分子机器及其潜在应用”作为重点议题，标志该领域发展进入一个新纪元。“我们已经制造出五六十种不同的分子马达”，费林加当时说，“我现在更关心怎么使用它们，而不是再造出一种新的马达来”。
看似原始，却妙用无穷
加入燃料分子，分子马达就会动起来。今年诺贝尔奖获奖者带化学走出了僵局，并用给予能量的方式控制了分子的运动———这使人类操控分子的水平达到了新的高度。
中科院院士、华东理工大学教授田禾认为，以史为鉴，分子机器之于我们，正如电动机之于19世纪的科学界先辈，那时他们并不知道这些线圈和磁石会化为电车、洗衣机、电风扇。分子机器很有可能会在未来的新材料、传感器、储能系统等领域大显身手。
比如，分子机器的穿梭运动，就可能用来编码，这样科学家就有可能发展出分子计算机。“这类分子计算机的发展将摆脱摩尔定律的限制，为超高密度的信息存储提供新的可能性。”田禾说，由于分子尺度可达到0.1纳米，而分子的穿梭运动的两个状态可以用来二进制编码，就可以实现超高密度存储。2007年，斯托达特团队已经制备出这类超高密度原型分子存储器件。
又如，科学家已在生命活动中发现分子马达的存在，但由于机制太过复杂，难以研究清楚。如果化学家提供了一个精准而简单的模型，很多生命过程将可进行人工模拟，比如三磷酸腺苷酶即是一类生物分子机器，依靠高能分子三磷酸腺苷(ATP) 为细胞内化学反应提供能量———这将为生命科学研究带来新的飞跃。
“分子机器运动的精准表征，是一个亟待攻克的难题。”田禾说，他的课题组正在尝试将染料分子带入分子机器，用荧光等标记物来简便而精准地表达出分子机器的不同运动状态，“这样，我们可以发展出灵敏度更高、选择性更强的探针体系，或可用来发现新生物标志物、或对环境进行监测等。”
为中国培养不少人才
“今年的诺奖是对分子机器领域发展方向的肯定，中国在该领域起步较晚，但目前已有一大批年轻人从事这方面研究。”黎占亭告诉记者，除了索瓦日教授已退休外，另外两位获奖者的实验室中，都有很多中国留学生，他们为中国培养了不少人才。华东理工大学、吉林大学、武汉大学、浙江大学和中国科学院等，都有斯托达特和费林加的学生在开展科研。
浙江大学化学系特聘研究员李昊就是斯托达特的学生。他说，斯托达特非常喜欢招收中国留学生，因为中国学生非常勤奋，他喜欢中国人努力的工作态度。由此，斯托达特也很喜欢来中国，2005年被华东理工大学授予名誉教授，他还是天津大学的兼职教授。
“斯托达特对学生很严厉，也很和蔼。”李昊说，导师年纪大了，听讲座容易打瞌睡，学生就偷偷拍下他打瞌睡的样子，做成影集送给他，他就哈哈一笑。他还有柔情的一面。一次，他在美国芝加哥大学做报告，有人问，他最迫切的念头是不是获得诺贝尔奖。斯托达特想了想，回答道：“我愿意用我所有的奖项去换取亡妻的生命。”
费林加对中国科学界很友好，他是田禾牵头的“111引智计划”项目的合作者。
索瓦日教授也有故事在留学生中流传。他和太太感情非常好，到美国讲学一个多星期，每天都和太太通电话20分钟。他还和学生交流“省话费”经验：先拨电话给太太但不接，然后两人用Skype聊。
索瓦日教授的导师是1987年诺贝尔化学奖获得者、“超分子化学之父”让-马里·莱恩(Jean-Marie Lehn)教授，而分子机器则是在超分子体系上发展而来的。这对诺奖师徒在科学上也一脉相承，不断开拓发展，为诺奖史又添一段佳话。
原文来源: 文汇报 第1版 | 发表时间:2016-10-06 | 作者：许琦敏
原文链接: http://wenhui.news365.com.cn/html/2016-10/06/content_473748.html
《新民晚报》：华东理工教授师从诺贝尔化学奖得主 独家解读“分子机器”
新民晚报讯 （记者 张炯强）说到机器，你自然想到厂房里的庞然大物，其实，最小的机器是肉眼看不到的，称为分子机器。北京时间10月5日傍晚，2016年度诺贝尔化学奖揭晓：授予法国斯特拉斯堡大学的让·皮埃尔·索瓦、美国西北大学的詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·费灵格，以奖励他们“在分子机器的设计和合成方面的贡献”，这三位获奖者开发出了比头发还要细1000倍的分子机器。
图说：三国科学家共获诺奖（东方IC）
合成各类分子机器
华东理工大学化学学院教授曲大辉是本届化学奖得主之一费灵格的弟子，曾经在费灵格教授那里攻读博士后。他向记者解读，本届化学奖三位得主成功设计并合成了各类分子机器，包括微型马达、微型汽车和微型肌肉，正如一位诺贝尔奖委员会成员所言：“他们掌握了在分子层面上控制运动的技术。”
人类能够将机器做到多小？这是杰出的美国物理学家、诺贝尔奖得主理查德·费曼在上世纪50年代对纳米技术发展提出的问题。他相信，人类有可能用“巨大”的双手制造出必须依靠电子显微镜才能观察的微型机器。
梦想在1983年得以实现——索瓦的研究组掌握了对分子的控制技术，创建出一种环状以及一类新月状分子。紧接着，研究组利用化学方法将另外一个新月状分子粘合上去，从而用两个新月状结构拼接成另一个圆形分子，如此便得到了环形分子链中的第一个环。这个环状结构成为分子机器的基础。
为了让机器能够实现功能，它必须包含数个能够相互协调工作的部件，而两个相互勾住的分子环可以满足这样的条件。1994年，索瓦的研究组成功合成出一种索烃，其中一个分子环能以受控方式旋转。这是非生物分子机器的第一个雏形。
1991年后，司徒塔特的研究组利用多种不同的轮烃制造出大量相对成熟的分子机器，包括一台电梯，上升高度可达到0.7纳米左右；一种人造肌肉，可以弯折黄金薄片。
曲大辉教授介绍，他的导师费灵格则研制出一种神奇的分子马达。1999年费灵格制造出第一个分子马达，利用一些技巧让它在同一个方向旋转。通常情况下，分子的运动受偶然性支配，平均而言，一个旋转的分子向右和向左移动的次数是相等的。但是，费灵格设计的分子马达在机械构造上能向一个特定的方向旋转。他的研究小组对马达进行了优化，现在的旋转速度可达到1200万转/秒。
图说：荷兰科学家伯纳德·费灵格 （东方IC）
代表化学领域前沿
曲大辉说，分子机器已经成为当下化学领域的前沿方向。华东理工大学就成立了由中科院院士田禾领衔的超分子化学及分子机器研究团队，重点研究分子机器设计及其应用，曲大辉本人也继续从事分子机器的研究。人类掌握如此细微的机器，究竟有什么用？
诺贝尔颁奖委员会解读，目前分子机器属于基础性研究。比如分子马达，现在发展阶段相当于19世纪30年代的电子马达。当时研究人员的想法还处于实验室阶段，并未想到后来引发出电气火车、洗衣机、电风扇等。
曲大辉表示：“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，至于它会生产出什么来，我们又需要它生产什么，还有很长的路要走。”但他认为，由于化学、物理、材料等各学科的融合以及信息的快速传递，人类将会用最短时间使这项技术应用起来。他透露，在医药领域已经用分子机器制造出分子检测仪，可以快速检测肿瘤；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。
曲大辉表示，正如他的导师费灵格所说，“也许化学的力量不仅仅是理解，还有创造，创造那些从未存在过的分子和物质”。
原文来源: 新民晚报 | 发表时间:2016-10-06 | 作者：张炯强
原文链接: http://newsxmwb.xinmin.cn/kejiao/2016/10/06/30485006.html
【科学网】： 2016 诺奖得主费林加：创造从未存在过的物质
北京时间10月5日下午，65岁的伯纳德·L·费林加得知自己获得了2016年诺贝尔化学奖。现场电话连线时，他说：“我很震惊，我不知道该如何描述，因为这太令人惊讶了。我很荣幸也很激动。”
在亚欧大陆另一端的中国，华东理工大学化学与分子工程学院副院长曲大辉也以为这只是平淡的一天。直到他在开车时，接到学校宣传部的电话，邀请他解读今年的诺贝尔化学奖获奖成果。“当时我就想，会不会是分子机器获奖了？”他说。很快，他的爱人在网上查到了消息——获奖领域是“分子机器的设计与合成”，而他的导师费林加正是三位获奖的科学家之一。
2006年7月至2009年1月，整整两年半的时间里，曲大辉在荷兰格罗宁根大学，跟随费林加教授从事博士后研究。在他的眼里，费林加是一位非常随和、幽默的长者，常常端着一杯咖啡来到学生们的休息室，和大家一起畅谈工作和生活。
据费林加的另一名中国学生，目前也已回国的王教授说，费林加总是充满活力、富有激情。每天早上，他都骑自行车上班，还骑得飞快。
有一次，曲大辉很好奇地问他：“本（费林加），您这么忙，常年要在各个地区之间飞来飞去，是如何保持充沛体力的呢？”费林加趴在他的耳畔说：“这我可得悄悄地告诉你，在会场上，我偶尔也会眯一会儿，合理地利用时间让自己休息！”
他还知道“不到长城非好汉”的说法，曾对几位中国朋友说：“我一定要去一次长城，做一回中国的好汉！”
激情饱满的费林加，却从来不乏对他人的耐心。一次组会上，有个荷兰小伙子半天憋不出一句话，有的学生不耐烦了，费林加却一直平静地听他讲完。
如今的费林加，凭借分子马达的工作名扬全球。但是很少有人知道，他在另一个领域——有机不对称催化上，也做出了非常重要的成就。“在科研上，本的思路开阔，又很执着。他在课题组所涉及的每一个研究方向里，都做到了世界一流的水平。”曲大辉说。
然而，科研工作毕竟不是一帆风顺的。王教授介绍，2009年年底，分子马达的研究进入低谷。费林加对课题组成员说：“我们目前虽然在低迷阶段，但是一定会再冲起来的。”到2011年，他们就在《自然》《科学》两大刊物上各发表了一篇很有分量的论文。
费林加曾说过这样一句话：“也许化学的力量不仅仅是理解，还有创造，创造那些从未存在过的分子和物质。”曲大辉对这句话深有感触，他说：“此次分子机器获奖，是1987年超分子化学获奖的延续。诺奖对这一领域一再做出的肯定，让人们知道，和应用科学同样重要的，还有基础科学研究。”“今年的诺贝尔奖，给基础科研工作者以很大鼓舞。”
北京师范大学教授杨清正也表示，今年的诺贝尔化学奖与往年相比，“非常化学、非常基础”。当然，以费林加为代表的分子马达研究者们，一直在探索这项技术的应用前景，虽然目前看来还任重道远，但是杨清正说：“科学本身就是一个积累的过程，到了一定程度自然会有突破。”
“像我们这样从事基础研究的科研人员，很多都被问过，你们做这项研究到底有什么用呢？今年的诺贝尔奖证明，依靠兴趣驱动的基础研究，单纯地探索未知世界、挑战人类极限，最终也能得到世界的认可。”杨清正说。
原文来源: 科学网 | 发表时间:2016-10-08 | 作者：李晨阳
原文链接: http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/10/357714.shtm?from=groupmessage&isappinstalled=0
北京时间10月5日获得诺贝尔化学奖的3位科学家都有着或深或浅的中国缘。
2016年诺贝尔化学奖得主 来源：诺贝尔奖官网
“弗雷泽•斯托达特是一位工作狂，除了吃饭睡觉，就是工作。就算旅行，也是在飞机上睡觉，一下飞机就投入工作。” 复旦大学教授黎占亭对于这位同行非常钦佩，他们经常一起出席学术研讨会。据介绍，这位教授非常喜欢中国学生，欣赏他们的勤奋。他带的研究生中差不多有四分之一来自中国，其论文的第一作者很多都是由中国留学生完成的。
这位颇有中国缘的弗雷泽•斯托达特可是一位真正的爵士。他出生于英国爱丁堡，是英国皇家科学院院士、美国艺术与科学院院士。他获得过多个国际化学大奖，2007年伊莉莎白二世亲自为其授予下级勋位爵士，同年他获得了艾伯特爱·因斯坦世界科学奖。
这位爵士对中国非常友好，2014年受聘为天津大学药物科学与技术学院教授，是国家千人计划的外籍专家，在天津大学有自己的实验室，还面向本硕博学生开设课程。就在今年3月，弗雷泽•斯托达特教授向天津大学捐赠了50万元人民币设立基金，用于奖励药学院表现优异的教师和学生，同时支持高水平科研的开展。在捐赠仪式上，他感恩地说，人的一生充满着各种收获与给予，自己在过去很幸运地收获了很多。 弗雷泽•斯托达特在和天津大学学生座谈时曾表示，在做科研的过程中要不断地尝试，要有接受失败的勇气。他还提到中国是一个发展中国家，建议大家在科学研究中不要放弃基础研究，同时要注重成果的转化。
值得一提的是，斯托达特于2005年被华东理工大学聘为名誉教授，费林加也与我国科学界有许多合作。“我昨天还在与费林加邮件联系，因为下个月，他将来上海参加华东理工大学举办的国际会议，做有关‘分子开关’的大会报告。”中科院院士、华东理工大学教授田禾说，“会议第一天晚上，我们将为他庆祝65岁生日。现在他得了诺贝尔奖，看来要增加一些庆祝环节。”
据介绍，华东理工大学与费林加有长期合作，选送了一批科研人员去他所在的格罗宁根大学做博士后。曲大辉教授就是其中一员，2006年—2009年，他在费林加团队做博士后研究。那是一段令他终身难忘的经历，为他回国后的科研工作提供了一个很高的起点。曲大辉记得，费林加团队的实验室里有一种极具视觉效果的装置，让人们体会到了“分子马达”的神奇。他们使用纳米级的分子马达驱动比它大1万倍左右的玻璃圆棒，在紫外光照射下，肉眼看不到的分子马达接收到能量，居然能驱动玻璃圆棒旋转起来。分子马达的神奇作用可见一斑。
原文来源: 视觉中国 | 发表时间:2016-10-05 | 作者：黄海华 俞陶然
【第一财经】：华东理工教授师从诺贝尔化学奖得主 独家解读“分子机器”
诺贝尔化学奖今年曝出“冷门”——颁给了属于“纯化学”范畴的“分子机器”。此前历年的诺贝尔化学奖都授予了交叉学科，比如生物、物理、生物化学和生物物理等等。
法国斯特拉斯堡大学的让-彼埃尔·索瓦(Jean-Pierre Sauvage)教授、美国西北大学的詹姆斯·弗雷泽·斯图达(James Fraser Stoddart)爵士以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·费林加(Bernard Feringa)教授共同摘得了这一诺贝尔最重要的奖项。他们因在分子机器的设计和合成上的贡献而获奖。
而在这一领域，我国也具有领先世界的水准。华东理工大学的田禾院士科研团队所从事的研究领域，正是“分子机器的设计和合成”。该领域获得诺奖将有助于尽早实现商业化应用。
“吞下”一个外科医生
“分子机器”又称生物纳米机器，构件主要是蛋白质等生物分子，具有小尺寸、多样性、自适应、仅依靠化学能或者热能驱动、分子调剂等其它人造机器难以比拟的性能，对促进生物学的发现以及仿生学具有重要意义。
“分子机器”是在1959年作为纳米技术的概念被提出的。当时著名的物理学家理查德-费曼(Richard Feynman)就大胆预测，分子机器未来将会在纳米机器人手术和定位药物在人体内的输送方面起到关键作用。他说：“虽然这个想法听起来很疯狂，但是如果人们能够吞下一个外科医生，这样的手术会很有意思。”他描绘道，只要把这个外科医生放进人体的血液中，他就能够抵达心脏，并且查看哪里出了问题，然后他会拿出小刀，把不好的地方，比如肿瘤部位切除。
费曼的想法很快在一部科幻片中得到了体现。1966年美国影片《奇幻旅行》(Fantastic Voyage)讲述了一个潜水艇舰队如何微缩并注入到一个科学家的体内，为他进行血管手术从而拯救了他的生命。
50年后的今天，人们虽然仍然未将科幻片变成现实，但是费曼的预言还在被很多人努力证实。科学家们希望有一天能将化疗药物直接运输到人体需要的部位，杀死肿瘤细胞，并且不伤害好的细胞。然而这个证明的过程是漫长的。就像这次获得诺贝尔化学奖之一的Fraser Stoddart说的：“这不是一夜之间就能发生的，需要很长时间和优秀人才的共同努力。”
事实上，在50年代和60年代时，科学家就已经尝试着把化学的环形元素连接这链条，来产生向新的分子。不过一直到1983年，重大的成果发现了。法国人Sauvage教授成功地将两个环状分子连接在一起，形成了一条特殊的链条，即双环化合物。通常分子是由原子间通过共享电子对构成的共价键形成的，但是在这个链条中，分子是由更加自由的机械性相互作用形成的。要想让一个机器完成任务，必须由相互之间能够相对移动的部件组成，Sauvage教授所发现的这两个互锁的环状分子就是能够相对移动的。
1991年，Stoddart爵士成功地合成了轮烷，实现了分子机器的第二步。轮烷是一类由一个环状分子套在另一个线性分子上二形成的内锁型的超分子体系。
而另外一个获奖者来自荷兰的Feringa教授则发明了首个分子马达，被视作分子机器领域的标志性事件。1999年，他制作了一个分子转子叶片，能够持续朝一个方向旋转。此后，他又设计了一辆“分子汽车”。
2011年，首辆四轮的“纳米汽车”，底盘和四个轮子都是由分子构成。四个轮子能够向一个方向旋转，并且能在一个表面上开动。
2013年，英国曼彻斯特大学教授David Leigh领导的团队制造出一台纳米机器人，能够抓取氨基酸并把它们连接起来，就如同人体细胞的核糖那样。
尽管这些发现都还仅限于实验室展示，但是科研人员正在挖掘这一技术的潜力，并预测其有能力成为真正改变人们现实生活的应用。其中很重要的一个应用前景就在于分子机器人在生物体内的自动生成。比如针对病毒的机器人，可能会通过它的分子钳子与特定的病毒相结合，向肿瘤部位集中运输药物。
“上海制造”的分子机器
值得一提的是，此次获得诺贝尔化学奖的三位教授中的两位与中国都有很深的渊源。例如上海华东理工大学在“分子机器”领域就拥有一支国际领先的科研团队。华理田禾院士团队与三个新晋诺奖得主在学术科研上有着密切的合作和交流。Stoddart教授先后于2005年和2007年两次访问华理，并受聘为华理名誉教授。Feringa教授也于2007年到访过华理，并将于下个月应邀来上海参加“2016光致变色国际研讨会”，他同时还是华理化学学院副院长曲大辉教授在荷兰博士后工作期间的合作导师。
华东理工大学的张隽佶博士向记者解释道：“广泛地讲，分子机器的含义来自于自然界。就像生命体中的ATP酶一样，它是天然的传导和利用物质和能量的装置。而此次获奖的人造分子机器，它是运用合成与化学修饰手段构建的功能性分子或者化学体系。通常分子机器是基于合成及超分子组装的功能性化学组分的集合，它的目的是模拟宏观的机器工作模式，从微观再现并产生作用。”
作为一个微型器件的化学基础，分子或超分子必须能够响应某种外部的刺激信号(物理的或者化学刺激)，针对性地产生输出信号或者做有用功，才是实现机器功能的基本要求。张隽佶表示：“与功能性化学体系(如分子开关、化学传感器等)不同的是，分子机器在响应的基础上往往还要求能够引起组分或者分子单元间的相对机械运动，并伴随物质与能量的流动产生特定的机器功能。”
张隽佶目前在华理田禾课题组工作，据他介绍，田禾院士在“分子机器的设计和合成”领域的研究成果也是诺奖级的。早在2004年，田禾院士领衔的团队就设计出直径比头发丝还细的“分子梭”和“分子算盘”，进而运用荧光来感知其运动轨迹，让葡萄糖分子产生计算甚至是思维能力，从而在“模拟生命体，以帮助人类恢复体力或者修复受损记忆”的高峰研究领域跨进了扎实的一步。
这台“上海制造”的分子机器，用通俗的语言来解释，就像是在一根木棍上穿一个无底的水桶，在某种外力的作用下，水桶得以左右滑动。当然，这是将它放大10亿倍的效果。透过荧光光谱仪，才能感受它的难度系数：“木棍”由偶氮或苯乙烯分子制成，“水桶”的材质则是由6-7个葡萄糖分子“手牵手”组成的环糊精分子，桶口直径仅为0.6纳米。田禾院士等运用光驱动，让“水桶”在紫外光的照射下获得动能，或左或右地在“棍子”上来回穿梭运动，一个微型“分子梭”由此诞生。“木棍+水桶”的组合与算盘颇为相似，在田禾院士等的“调教”下，“分子梭”学会了“加2”或“减2”的简单算术，成为具有原始计算功能的“分子算盘”。
据田禾院士介绍，一旦“分子算盘”发展成熟，电脑就可升级为容量更大、算得更快的“分子脑”，从而摆脱“摩尔定律”的极限束缚。目前，这台“上海制造”的分子机器已跻身国际先进行列，而其独创的荧光检测法更是成为各国科学家普遍采用的表征方式。
正如美国化学学会Donna Nelson教授所说的：“全世界对于诺贝尔奖的关注度是极高的，诺贝尔奖也会影响科学界未来的研究方向，会让分子机器领域蓬勃发展，越来越多的研究人员会涌向这一领域，吸引更多资金投入进来。所以应用应该会快于预期。”
原文来源: 第一财经 | 发表时间:2016-10-06 | 作者：钱童心
原文链接: http://www.yicai.com/news/5129805.html
2016年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖相继揭晓
《人民日报》：聊聊拓扑，看看我们
过去几天，2016年诺贝尔奖的部分奖项陆续公布，引来关注无数。
诺贝尔生理学或医学奖授予日本科学家大隅良典，以表彰他在细胞自噬机制研究中取得的成就。诺贝尔物理学奖授予戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨，以表彰他们在物质的拓扑相变和拓扑相方面的理论发现。诺贝尔化学奖授予让—皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特、伯纳德·费林加，以表彰他们在分子机器设计与合成领域的贡献。
大奖为何花落这些科学家？他们的研究成果意义如何？中国在这些领域的研究又处于怎样的位置与水平？
细胞“吃掉自己”实现自救
虽然在生命科学领域相对落后，但在细胞自噬这个具体方向上，我国科学家处于领先地位
“自噬”字面意思是“将自己吃掉”，实则是一种细胞自身成分降解和循环的基本过程。通俗地说，细胞可以通过降解自身的非必需成分来提供营养和能量，也可以降解一些毒性成分以阻止细胞损伤和凋亡。美国南加州大学医学院分子微生物学和免疫学专家梁承宇博士将其比喻为一种细胞的“自我救赎”。
梁承宇说，从广义上说，细胞自噬的运转机制更像是细胞内庞大运输机制的一部分。自噬机制就好比是细胞自身净化和实现自动环保的一条运输线。它将细胞内代谢废物以及一些过期无用或有损伤的细胞零件，装到其独特的运输工具——自噬小体中，然后沿着特定路线，送到“垃圾加工厂”——溶酶体中进行回收和废物再利用。
自噬机制还能在细胞能量匮乏时开启紧急运输通道，以供应能量。因此，自噬机制是细胞内庞大运输网络体系中非常重要的一部分。“它对于维系细胞基本的生存需求与平衡是不可或缺的，”梁承宇说。
“自噬”概念于上世纪60年代提出，当时研究人员就发现了细胞这种降解自身成分的现象，但有关机制一直不为人知。
上世纪90年代初，日本科学家大隅良典通过利用常见的酵母进行一系列实验后，发现了对细胞自噬机制具有决定性意义的基因。基于这一研究成果，他随后又阐明了自噬机制的原理，并证明人类细胞也拥有相同的自噬机制。
评选委员会在当天发布的新闻公报中指出，大隅良典的研究成果有助于人类更好地了解细胞如何实现自身的循环利用。在适应饥饿或应对感染等许多生理进程中，细胞自噬机制都有重要意义，大隅良典的发现为理解这些意义开辟了道路。此外，细胞自噬基因的突变会引发疾病，因此干扰自噬过程可以用于癌症和神经系统疾病等的治疗。
作为国内研究多细胞生物中自噬作用机理和调控机制的专家，中科院生物物理所研究员张宏与大隅良典在学术上有过深入交流。在张宏看来，虽然我国在生命科学领域仍处于相对落后的地位，但在细胞自噬这个具体方向上，我国科学家处于领先地位。“细胞自噬是目前国际上生命科学领域的研究热点，国内有很多团队投身其中，中科院动物研究所的陈佺教授团队、清华大学陈晔光教授、北京大学医学部朱卫国教授团队等都有不少原创成果。”张宏说。
清华大学教授俞立2008年回国任教，对于国内近些年在生命科学领域的进步深有感触。“如果将细胞自噬研究比作一座大楼，那么中国科学家已经为这座大楼增添了新的楼层。”
“细胞自噬的研究才刚刚开始”，张宏说，中国科学家有能力在这个领域做出更大贡献。
将拓扑概念引入物理学研究
在理论预言的基础上，我国科学家将TaAs中的外尔费米子行为首次展现到世人面前
评选委员会表示，戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨将拓扑概念应用于物理研究，是他们取得成就的关键。
对很多人来说，“拓扑相变和拓扑相”属于让人望而生畏的深奥理论。
拓扑本身是一个数学概念，描述的是几何体在连续弹性形变（不撕破，不截断）下能够保持不变的性质。“比如，一块面团无论怎么揉搓，它的外表面上的孔洞数是0。而如果撕破它，重新粘连，就可以做成面包圈，面包圈的外表面就形成了1个孔洞。这个孔洞的数目就是面团或面包圈在连续弹性形变下保持不变的量，是区分这两个几何体的拓扑不变量，即拓扑数。” 中科院物理所研究员翁红明说。
不同的物质形态称之为物质的不同“相”或物态。相变，也就是物质“变脸”的过程，即从一种相变换到另一种相的过程。比如水随着温度变化而在固、液、气三态之间的转化实际上就是相变的过程。相变过程通常伴随物质性质、性能的改变。物质的“拓扑性质”发生了变化，称之为“拓扑相变”。拓扑相变伴随的是拓扑数的变化。
但是，如果物质变得极薄，物质的相还在吗？评选委员会介绍说，平面中的物理现象和我们认知的周围世界是截然不同的，甚至分布非常稀疏的物质中也包含了数百万个原子，每个原子的行为都可以用量子物理学来解释，而很多原子结合的时候却显示完全不同的属性。3位获奖者的研究成果正是揭示了拓扑性质在量子物态和量子相变中的决定性影响。
科斯特利茨和索利斯的研究集中在一个平面世界中的“怪现象”，相比于通常描述的三维世界，他们发现极薄层的表面或内部可以被认为是二维的，那里一种被称为“超流体到正常流体的相变”，主要决定因素与人们以往的认识完全不同。霍尔丹发现可以利用拓扑概念来解释一些材料中存在的小磁铁链的特性。他发现，原子磁性的不同使这些链条呈现出完全不同的属性。霍尔丹还在量子霍尔效应方面做了许多开创性工作。
正如瑞典皇家科学院所说，今年的获奖研究成果开启了一个未知世界的领域。得益于这3位获奖者开创性的研究，科学家们现在可以继续探索物质的新相变。研究人员认为，拓扑材料将在未来的电子和超导体以及量子计算机研发中得到应用。
在拓扑研究领域，我国科学家也有不少值得称道的工作，一些研究还处于国际拓扑研究领域的前沿。
翁红明介绍，早在2009年，中科院物理研究所方忠、戴希等与华人科学家张首晟合作，理论预言了目前最为广泛研究的拓扑绝缘体材料Bi2Se3家族。2014年底，中科院物理所方忠、戴希、翁红明研究团队，理论预言TaAs晶体是非磁性的外尔半金属。在他们的推动下，2015年，中科院物理所的陈根富小组制备出高质量样品，丁洪、钱天小组使用上海光源“梦之线”观测到了TaAs中的外尔费米子行为，这是该类特殊的电子第一次展现在世人面前。外尔半金属是拓扑半金属研究的一个重要方向。该研究成果被英国物理学会主办的《物理世界》评为“2015年度十大突破之一”，同时也被美国物理学会的《物理》评为“2015年度八大亮点工作”之一。
分子机器为化学开启新世界
起步虽晚，但近10年来，我国在新的分子机器的构建、原理设计以及应用方面都取得了进展。
世界上存在小到只有千分之一头发丝粗细的机器吗？答案就是刚刚助力3位科学家摘得2016年诺贝尔化学奖的分子机器。
分子机器是指在分子层面的微观尺度上设计开发出来的机器，在向其提供能量时可移动执行特定任务，是纳米研究领域的重点。评选委员会表示，3位科学家发明了“世界上最小的机器”，将化学发展推向了一个新的维度。
所有的化学系统都力图达到平衡态，可以减少能量消耗，但是这也会形成“僵局”。就像人的生命一样，人体内的分子可以从食物中获取能量，进而推动人体的分子系统远离平衡态，向更高水平的能量状态发展，这样人体才有可能利用这些能量推动肌体正常工作，维持生命。而一旦人体处于化学平衡态，人就会死亡。
3位科学家的成就能够获得诺奖青睐，就在于他们的研究促使分子系统摆脱了平衡态，并能受控执行特定任务，为化学的发展开启了一个新世界。
据介绍，3位获奖者完成了分子机器设计与合成的“三步走”：第一步，索瓦日成功合成了一种名为“索烃”的两个互扣的环状分子，而且这两个分子能够相对移动；第二步，斯托达特合成了“轮烷”，即将一个环状分子套在一个哑铃状的线形分子轴上，且环状分子能围绕这个轴上下移动，并成功实现了可以上升高度达0.7纳米的“分子电梯”和可以弯折黄金薄片的“分子肌肉”；第三步，费林加设计出了在构造上能向一个特定方向旋转的分子马达，这个马达可以让1个28微米长、比马达本身大1万倍的玻璃缸旋转起来。分子机器动起来了。
近年来，3位诺奖得主的成果已经成为全世界科研人员开发分子机器的“工具箱”，开创了分子机器的发展道路。目前已有科学家在轮烷的基础上建造出一个可以抓取并连接氨基酸的分子机器人；还有研究人员将分子马达和长聚合物相连，形成复杂的网络，将光能储存在分子中，有望开发出新型电池及光控传感器。
评选委员会表示，分子机器未来很有可能将用于开发新材料、新型传感器和能量存储系统等，为人类的未来提供了无限可能。
复旦大学化学系教授黎占亭表示，我国分子机器领域起步虽然较晚，但发展迅速。尤其是近10年来，国内在新的分子机器的构建、原理设计以及应用方面都取得了进展，无论是学术研究还是分子机器的应用探索上，都有不少成果，既在国内受到认可，也引起国际关注。例如，华东理工大学田禾院士团队的“有机荧光功能材料”研究，创新合成了新型的可控分子器件和高性能有机光电功能材料，获得2007年度国家自然科学奖二等奖。
黎占亭觉得，未来，中国在分子机器研究领域将产出更多创新性成果，中国在分子机器领域将更有作为。
原文来源: 人民日报 第11版 | 发表时间:2016-10-10 | 作者：喻思娈、肖家鑫等
原文链接: http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2016-10/10/nw.D110000renmrb_20161010_1-11.htm
