从今年的诺贝尔奖来看，机器人医生和模拟生命很有戏

今年，诺贝尔化学奖迎来了一个令人瞩目的“冷门”获奖领域——颁给了纯化学范畴的“分子机器”。这一领域与历年的诺贝尔化学奖有所不同，过去通常授予交叉学科领域，如生物、物理等。此次获奖者包括法国斯特拉斯堡大学的让-彼埃尔·索瓦教授、美国西北大学的詹姆斯·弗雷泽·斯图达爵士以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·费林加教授。他们因在分子机器的设计和合成方面做出杰出贡献而荣获这一殊荣。

在这一领域，我国科研团队同样走在世界前列。华东理工大学的田禾院士团队正是专注于“分子机器的设计和合成”研究。这一领域的突破有助于推动商业化应用的实现。

“分子机器”，又被称为生物纳米机器，其构件主要由蛋白质等生物分子构成。具有小尺寸、多样性、自适应等特性，仅依靠化学能或热能驱动，与其他人造机器相比，具有无法比拟的优势。这一领域在促进生物学发现和仿生学发展方面具有重要意义。

早在1959年，著名的物理学家理查德·费曼就提出了纳米技术的概念，并大胆预测分子机器在未来将在纳米机器人手术和定位药物输送方面发挥关键作用。他的预言在科幻片中得到了体现，如今仍被众多科学家努力证实。科学家们希望通过分子机器将化疗药物直接输送到人体需要部位，杀死肿瘤细胞，同时不伤害正常细胞。尽管这个过程漫长且需要时间和人才的投入，但每一步的进展都为这一梦想的实现带来了希望。

从上世纪50年代开始，科学家们就开始尝试通过连接化学环形元素来产生新的分子。直到1983年，Sauvage教授成功地将两个环状分子连接在一起，形成了特殊的双环化合物，为分子机器的发展奠定了基础。之后，Stoddart爵士成功合成轮烷，实现了分子机器的第二步发展。而Feringa教授则发明了首个分子马达，这一标志性事件为分子机器领域的发展打开了新的大门。

值得一提的是，两位获奖者与我国有着深厚的渊源。例如，上海华东理工大学在“分子机器”领域拥有一支国际领先的科研团队，与这些新晋诺奖得主在学术上有着密切的合作和交流。其中，Stoddart教授和Feringa教授都曾访问过华东理工大学，并与其建立了深厚的合作关系。

尽管这些发现和成果目前还仅限于实验室展示，但科研人员正积极挖掘这一技术的潜力，并预测其将成为改变人们现实生活的重要应用之一。其中，分子机器人在生物体内的自动生成是一个重要的应用前景。例如，针对病毒的机器人可以通过其分子钳子与特定病毒结合，向肿瘤部位集中运输药物。

在这一领域，“上海制造”的分子机器也备受瞩目。华东理工大学的科研团队在这一领域拥有国际领先水平，并与国际顶尖科学家保持着密切的合作与交流。随着科研的深入和技术的突破，我们有理由相信，“上海制造”的分子机器将在未来发挥更加重要的作用，为人类健康和生活带来更多福祉。张隽佶博士在华理接受记者访问时解释道，分子机器的概念源自自然界，如同生命体中的ATP酶一样，是传导和利用物质能量的天然装置。此次获奖的分子机器，则是通过合成与化学修饰手段打造的全新功能性分子或化学体系。这些分子机器不仅仅是静态的化学结构，它们更像是由合成及超分子组装的功能性化学组分组成的集合体，模拟宏观机器的工作模式，在微观尺度上实现物质与能量的流动和特定功能。

作为微型器件的化学基础，分子或超分子必须响应外部刺激，产生输出信号或执行有用功能。张博士指出，分子机器不同于其他功能性化学体系，如分子开关和化学传感器等，它们要求能够在响应外部刺激的基础上实现分子单元间的相对机械运动。这种运动伴随着物质与能量的转换和流动，为分子机器赋予特定的功能。

目前张博士在田禾院士课题组工作。田院士的研究成果在“分子机器的设计和合成”领域堪称诺奖级别。早在2004年，田院士团队就已设计出直径比头发丝还细的“分子梭”和“分子算盘”。通过荧光技术感知其运动轨迹，葡萄糖分子甚至能够展现出计算或思维能力。这一突破为模拟生命体，帮助人类恢复体力或修复受损记忆等高峰研究领域提供了坚实的基础。

这项“上海制造”的分子机器可以用一个简单的类比来解释：就像在一根木棍上穿一个无底水桶，在外力作用下，水桶可以左右滑动——这是将其放大10亿倍的效果。木棍由偶氮或苯乙烯分子制成，而水桶则是由数个葡萄糖分子组成的环糊精分子。通过光驱动，水桶在紫外光照射下获得动能，沿着木棍穿梭运动。在田禾院士的指导下，“水桶”学会了简单的算术运算，成为具有原始计算功能的“分子算盘”。

田禾院士表示，随着“分子算盘”的发展成熟，电脑有望升级为容量更大、计算更快的“分子脑”，突破“摩尔定律”的极限束缚。这台“上海制造”的分子机器已经跻身国际先进行列，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教授所言：“诺贝尔奖的关注度极高，它将促进分子机器领域的蓬勃发展，吸引更多研究人才和资金进入这一领域。”该领域的实际应用有望快于预期。