小身材，大能耐

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1、小身材，大能耐　　2016年的诺贝尔奖重磅揭晓，三名科学家――弗雷泽?斯托达特、让-皮埃尔?索瓦日和伯纳德?费林加联合获得了诺贝尔化学奖。说到他们三人所做的研究，是一种细微至极却又功能多样的尖端科技――分子机器。也许大家对于这个名词略感陌生，但它却代表着科技小型化的潮流，而且势必将引发一场全新的技术革命。　　分子造机器的灵感来源　　机器的发明，可谓是人类历史上改变生产力的重要一步。各式各样的机器，可以协助我们完成无数任务。几千年来，机器也随着人类技术水平的发展而不断进步，表现在机器不仅需要实现某项功能，还要求尺寸

2、小，就比如手机、笔记本电脑等我们日常生活中最常见的产品，在“瘦身”的路上已行走多年，且仍在继续。而如今分子机器横空出世，或将是制造业史上一场新的技术风暴。　　那么，什么是分子机器？所谓分子机器，是指由不同数量的分子所构成，并能在适当的外部作用下，执行不同动作的一种微小机器。它的概念是1965年诺贝尔物理学奖的获得者、赫赫有名的理查德?费曼提出的。早在1959年的美国物理学会年会上，费曼就做出了一个意义深远的预言：“未来，我们或许能用分子制造出含有多个活动部件的机器，这种机器小到只有用电子显微镜才能看到，我预言在2

3、5年到30年内，这种分子机器会获得实际运用，但最初会运用在什么机器上，我还无法确定。”5他所提出利用微型分子制造齿轮装置的创造性概念，也成为了后人研究分子机器的灵感来源。　　你知道吗？　　理查德?费曼从24岁就开始了对量子电动力学的研究，直到他后来发现了量子电动力学的一个理论，这个理论是以理查德?费曼的名字命名的，这也让理查德?费曼获得了诺贝尔物理学奖。其实，理查德?费曼因还是世界上第一个提出纳米概念的人，虽然他曾经提出过纳米技术，但是他并没有因为纳米概念获得诺贝尔物理学奖，真正让他声名大噪的还是量子电动力学这门

4、学科。　　分子机器的最大特点――小　　分子机器最大的特点就是“小”。它们到底能有多小呢？答案是小于纳米级，换句话说，尺寸还不到一纳米。如果这个答案还不够形象的话，那么一根头发丝的千分之一粗细，大概就是它的真实大小了。　　由于尺寸很小，因此分子机器所需要的能耗也非常低，仅仅凭借热能和化学能就能轻松地驱动它们。而组成它们的基本单位是蛋白质等有机分子，因此分子机器还可以灵活自如地进行组装。组装的过程也可以由这些分子自己完成，还可以做到准确而高效。　　分子机器的诞生　　说到分子机器的发明史，的确和诺贝尔奖的三名获奖者息息

5、相关，他们相继为它的诞生开辟了道路――　　第一步：组装5　　制造分子机器的第一步，是由法国人索瓦日在1983年迈出的，他成功地将两个环状分子连结在一起，形成了一个链状的“交环烷”分子。我们知道，分子中的原子通常会以共享电子的方式，形成分子作用强大的共价键。然而“交环烷”中的原子，却能与分子作用比较微弱、但却相对自由的机械键连结。　　这样做的好处，就是让分子零件能够像一部真正的机器那样运作，各个零件都可以自如地进行相对运动。再打另外一个比方，这种“交环烷”就像人类的关节一样，可以让肢体灵活地运动。　　第二步：转起来

6、　　美国西北大学的斯托达特教授接手了分子机器发明的第二棒。他在1991年研发出了一种叫做“轮烷”的东西。名如其物，它的实质就是将一个“交环烷”分子，缠绕到另一个哑铃状的线形分子轴上，从而让它可以绕着轴运转。分子轮轴所引发的进步，就好比人类文明创造出了轮子一样：有了它，我们就可以实现各种轮轴形式的运动。　　利用分子轮轴，斯托达特还研发出了一种可以让整体爬升0.7纳米的“分子电梯”，一种充满力量，可以折弯黄金薄片的“分子肌肉”，以及一种利用蛋白质分子搭建而成，可以储存20KB数据的电脑芯片。这些脑洞大开的创造，证明了

7、分子机器领域有着无穷无尽的潜力。　　第三步：动起来　　“分子马达”的发明，为分子机器的成功问世添上了最后一块砖。它的创造者，是荷兰格罗宁根大学的费林加教授。1999年，费林加设计出了一种看起来很像电风扇叶片的“分子转子叶片”5。通常情况下，分子的运动方向是随机的，其逆时针或是顺时针旋转的概率大致相等。但费林加琢磨出了一种精巧的设计，使叶片可以在紫外线脉冲的照射下，持续地向一个特定方向旋转，形成一部稳定可靠的“分子马达”。　　利用“分子马达”，费林加在后续的实验中成功地令一个28微米长，尺寸是马达本身一万倍的玻璃气

8、缸旋转起来。那一刻，他完全可以自豪地说：“给我一台分子马达，我可以让世界转动。”接下来，他又利用一台优化后每秒可达1200万转的“分子马达”，开发出了一部“纳米汽车”，彻底奠定了分子机器的诞生。　　小身材大用途　　通过上述步骤制作出来的分子机器，别看它们尺寸小，这些小家伙可以像身边的大机器一样工作，甚至实现大机器无法完成的功能。譬如说，凭借它们的小身材，可以来去自由地进入