諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)曝“冷門(mén)”：醫(yī)療機(jī)器人和模擬生命前景可期

　　諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)今年曝出“冷門(mén)”——頒給了屬于“純化學(xué)”范疇的“分子機(jī)器”。此前歷年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)都授予了交叉學(xué)科，比如生物、物理、生物化學(xué)和生物物理等等。

　　法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)的讓-彼埃爾·索瓦(Jean-Pierre Sauvage)教授、美國(guó)西北大學(xué)的詹姆斯·弗雷澤·斯圖達(dá)(James Fraser Stoddart)爵士以及荷蘭格羅寧根大學(xué)的伯納德·費(fèi)林加(Bernard Feringa)教授共同摘得了這一諾貝爾最重要的獎(jiǎng)項(xiàng)。他們因在分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成上的貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。

　　而在這一領(lǐng)域，我國(guó)也具有領(lǐng)先世界的水準(zhǔn)。華東理工大學(xué)的田禾院士科研團(tuán)隊(duì)所從事的研究領(lǐng)域，正是“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成”。該領(lǐng)域獲得諾獎(jiǎng)將有助于盡早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

　　“吞下”一個(gè)外科醫(yī)生

　　“分子機(jī)器”又稱(chēng)生物納米機(jī)器，構(gòu)件主要是蛋白質(zhì)等生物分子，具有小尺寸、多樣性、自適應(yīng)、僅依靠化學(xué)能或者熱能驅(qū)動(dòng)、分子調(diào)劑等其它人造機(jī)器難以比擬的性能，對(duì)促進(jìn)生物學(xué)的發(fā)現(xiàn)以及仿生學(xué)具有重要意義。

　　“分子機(jī)器”是在1959年作為納米技術(shù)的概念被提出的。當(dāng)時(shí)著名的物理學(xué)家理查德-費(fèi)曼(Richard Feynman)就大膽預(yù)測(cè)，分子機(jī)器未來(lái)將會(huì)在納米機(jī)器人手術(shù)和定位藥物在人體內(nèi)的輸送方面起到關(guān)鍵作用。他說(shuō)：“雖然這個(gè)想法聽(tīng)起來(lái)很瘋狂，但是如果人們能夠吞下一個(gè)外科醫(yī)生，這樣的手術(shù)會(huì)很有意思?！彼枥L道，只要把這個(gè)外科醫(yī)生放進(jìn)人體的血液中，他就能夠抵達(dá)心臟，并且查看哪里出了問(wèn)題，然后他會(huì)拿出小刀，把不好的地方，比如腫瘤部位切除。

　　費(fèi)曼的想法很快在一部科幻片中得到了體現(xiàn)。1966年美國(guó)影片《奇幻旅行》(Fantastic Voyage)講述了一個(gè)潛水艇艦隊(duì)如何微縮并注入到一個(gè)科學(xué)家的體內(nèi)，為他進(jìn)行血管手術(shù)從而拯救了他的生命。

　　50年后的今天，人們雖然仍然未將科幻片變成現(xiàn)實(shí)，但是費(fèi)曼的預(yù)言還在被很多人努力證實(shí)。然而這個(gè)證明的過(guò)程是漫長(zhǎng)的。就像這次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)之一的Fraser Stoddart說(shuō)的：“這不是一夜之間就能發(fā)生的，需要很長(zhǎng)時(shí)間和優(yōu)秀人才的共同努力。”

　　事實(shí)上，在50年代和60年代時(shí)，科學(xué)家就已經(jīng)嘗試著把化學(xué)的環(huán)形元素連接這鏈條，來(lái)產(chǎn)生向新的分子。不過(guò)一直到1983年，重大的成果發(fā)現(xiàn)了。法國(guó)人Sauvage教授成功地將兩個(gè)環(huán)狀分子連接在一起，形成了一條特殊的鏈條，即雙環(huán)化合物。通常分子是由原子間通過(guò)共享電子對(duì)構(gòu)成的共價(jià)鍵形成的，但是在這個(gè)鏈條中，分子是由更加自由的機(jī)械性相互作用形成的。要想讓一個(gè)機(jī)器完成任務(wù)，必須由相互之間能夠相對(duì)移動(dòng)的部件組成，Sauvage教授所發(fā)現(xiàn)的這兩個(gè)互鎖的環(huán)狀分子就是能夠相對(duì)移動(dòng)的。

　　1991年，Stoddart爵士成功地合成了輪烷，實(shí)現(xiàn)了分子機(jī)器的第二步。輪烷是一類(lèi)由一個(gè)環(huán)狀分子套在另一個(gè)線(xiàn)性分子上二形成的內(nèi)鎖型的超分子體系。

　　而另外一個(gè)獲獎(jiǎng)?wù)邅?lái)自荷蘭的Feringa教授則發(fā)明了首個(gè)分子馬達(dá)，被視作分子機(jī)器領(lǐng)域的標(biāo)志性事件。1999年，他制作了一個(gè)分子轉(zhuǎn)子葉片，能夠持續(xù)朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。此后，他又設(shè)計(jì)了一輛“分子汽車(chē)”。

　　2011年，首輛四輪的“納米汽車(chē)”，底盤(pán)和四個(gè)輪子都是由分子構(gòu)成。四個(gè)輪子能夠向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并且能在一個(gè)表面上開(kāi)動(dòng)。

　　2013年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授David Leigh領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)制造出一臺(tái)納米機(jī)器人，能夠抓取氨基酸并把它們連接起來(lái)，就如同人體細(xì)胞的核糖那樣。

　　盡管這些發(fā)現(xiàn)都還僅限于實(shí)驗(yàn)室展示，但是科研人員正在挖掘這一技術(shù)的潛力，并預(yù)測(cè)其有能力成為真正改變?nèi)藗儸F(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用。其中很重要的一個(gè)應(yīng)用前景就在于分子機(jī)器人在生物體內(nèi)的自動(dòng)生成。比如針對(duì)病毒的機(jī)器人，可能會(huì)通過(guò)它的分子鉗子與特定的病毒相結(jié)合，向腫瘤部位集中運(yùn)輸藥物。