这种分子电动机，或将改写未来医学和资料科学
往常在路上，由电动机驱动的电动汽车曾经越来越普遍。大约在200年前，物理学家将这些宁静又环保的马达带入了我们的生活。 就在几十年前，物理学家理查德·费曼提出了“ 纳米科技”的概念。费曼置信，在纳米尺度设计出相似的机器也是有可能的，由于自然界中曾经存在这样的例子，好比各种生物分子机器。 到了20世纪下半叶，许多科学家曾经开端在这一范畴做出了各种尝试和突破，设计并合成了一系列分子机器，将分子纳米技术提升到了另一个层次。 最终因设计和合成分子机器而取得2016年诺贝尔化学奖的科学家让-皮埃尔·绍瓦热、 J. 弗雷泽·斯托达特与 伯纳德·L. 费林加正是其中出色的代表。
2016年诺贝尔化学奖。（图／Nobel Prize） 往常，由诺贝尔奖得主斯托达特带领的一组跨学科研讨团队，在分子机器范畴更进一步。他们制造出了一个分子尺度的电动机，能在分子水平上将电能转化为单向运动。这对资料科学，特别是医学将产生深远的影响。研讨已发表在《自然》上。 索烃分子电动机 长期以来，执行电动机功用（也就是将外部能量转换为定向运动）的分子的合成与运转，对化学、物理和分子纳米技术范畴的科学家来说都是极大的应战，由于 在分子尺度上控制组件的相对运动相当艰难。
索烃。（图／M stone, CC BY-SA） 研讨团队专注于一种特定类型的分子的研讨，这种呈互锁的环的分子被称为索烃，它们是由强大的 机械键固定在一同的，因而分子的组件能够在不会散开的前提下，相关于彼此自由移动。机械键是一种这种新型的化学键。 几十年前，斯托达特在构建机械键的范畴发挥了关键作用，为后续分子机器的展开奠定了基础。 为了完成这一新的突破，斯托达特的团队花了四年多的时间，设计并合成他们的分子电动机。其中还包含与其他团队协作完成量子力学计算，与合成、丈量、计算化学和理论方面的专家共同工作，解释电动机背地的工作机制。 细致来说，分子电动机是基于一个具有氧化恢复活性的索烃，也就是说，它们能够对电压电位的变更中止响应，进而中止单向运动。研讨人员发现， 要真正完成这种单向运动，需求两个这样的环。由于实验曾经表明，单环互锁的索烃是无法作为电动机运转的。 这种简约的化学运用电子有效地驱动分子电动机，它与宏观世界中的电动机很像，但宽度却只需2纳米，能够在溶液中工作。
分子电动机。（图／Northwestern University） 更重要的是，固然先前科学界曾经报道了一些单分子电动机的案例，但它们常常需求苛刻的操作条件，好比运用超真空，而且还会产生废物。而新型的分子电动机是第一种能够大量消费的分子电动机。它们易于制造，操作疾速，而且不产生任何废料。 下一步研讨 斯托达特表示，固然这一化学范畴处于起步阶段，但他以为，未来有一天，这些微型的分子电动机能够与人体的生物分子马达强强联手，有望在医学上发挥庞大的作用。 研讨人员引见，他们的下一步是将许多分子电动机附着在电极名义，对名义状态产生影响，并进一步探求这类电动机的一些有用工作。 参考来源： https://news.northwestern.edu/stories/2023/01/now-on-the-molecular-scale-electric-motors/ 封面图&首图：Northwestern University |
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