分子機器先鋒 3 傑奪化學獎


資訊科技過去幾十年急速進步,主要原因是電腦處理器及晶片體積愈來愈細,讓機器體積微型化,同時仍保留甚至擁有更強大的運算能力。科學界現時已能製造出闊度不足頭髮千分之一的超微型機器,這都要歸功於法國學者紹瓦熱、英國學者斯托達特及荷蘭學者費林加,先後在分子機器的研究上取得承先啟後的突破,3 人因此共同獲頒本年度諾貝爾化學獎。新技術有助研發人工肌肉,用來驅動微型機械人和義肢。

負責評選化學獎的瑞典皇家科學院昨日宣佈,紹瓦熱、斯托達特及費林加因為設計及合成世界上最細小機器—「分子機器」(Molecular Machines)」—而共同獲獎,3人將平分800 萬瑞典克朗(約724 萬港元)獎金。評審委員會讚揚3 人的研究對科學界有無比貢獻,猶如留下了一個「工具箱」,讓科學家得以自由設計及建造不同的分子機器。

分子鏈突破界限

科學家早於1950 年代已構思建造分子機器,打造出以機械鍵(mechanical bond)而非化學鍵(chemical bond)連結而成的分子,以模擬宏觀世界中機器的可移動部件,但礙於技術所限,當時未能取得成果,亦不獲科學界看好。直至紹瓦熱的研究團隊在1983年取得突破, 成功用銅離子製作出由多個環狀分子連結而成的「分子鏈」,研究才出現轉機。

輪烷打造分子升降機

斯托達特在1991年把分子機器研究再向前推進,他的團隊結合一個欠缺電子的環狀分子,以及一個兩端有大量電子的棍狀分子, 成功製造輪烷(rotaxane),當受熱時環狀分子會沿着中軸前後移動。斯托達特及他的團隊自此打造了多款不同的分子機器,包括一部能升高0.7納米的「分子升降機」,以及可模仿肌肉收縮的「人工肌肉」。

分子摩打製納米車

除了前後移動,科學家另一個目標是控制分子轉動,模擬摩打的動作,而帶來這項突破的正是費林加及他的研究團隊。費林加在1999年打造出全球首個「分子摩打」,當受到紫外線刺激時,會沿着同一方向不斷轉動,更在2011年打造了一部分子底盤和4個分子摩打組成的「納米車」,引起熱話。化學獎評審委員會表示,目前分子機器仍只是起步階段:「現時它們就像1830年代的電動摩打,當時的科學家驕傲地展示這些把手和齒輪會轉動的東西,無人想過如今會變成火車、洗衣機、風扇及食物處理器。」

委員會指出,歷史見證了電腦微型化對科技造成翻天覆地的影響,現在機器微型化只處於最初步階段,對今後的發展感到興奮。此前盛傳今屆化學獎有機會由華人奪得, 包括香港中文大學醫學院副院長(研究)盧煜明,他憑血漿DNA診斷技術,開創「無創產前診斷」方法,於上月底獲頒「未來科學大獎-生命科學獎」和「湯森路透引文桂冠獎-化學」。

展無限潛能研測癌細胞機器

不少人把發現分子機器與發明飛機相提並論,認為兩者具有同等重要性。諾貝爾獎評審之一貝克瓦爾就認為,分子機器真正意義在於其無限潛能。依靠分子機器,科學家可以將機器零件縮小至極限,從而提升機器性能。舉例來說,現今科技可以製造出只有硬幣那麼大的晶片,儲存數以GB計的資訊。

如果引入分子機器科技,不但晶片可以再進一步縮小,資訊儲存量更會有飛躍性的提升。分子機器探測癌細胞的可能性成為不少人的焦點,貝克瓦爾表示科學家可以透過調校分子機器,讓它們在接近癌細胞時產生特定反應。雖然這個用途仍處於想像階段,但值得研究。

分子機器似乎將會帶來莫大的貢獻,但有人擔心它會否成為破壞的工具。貝克瓦爾認為目前不需要擔心這個問題,他暫時看不出分子機器有行惡的用途,「以機械人來比喻,愈大就愈危險,但如果像分子那麼小,現在還不足以構成威脅。

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