2016 諾貝爾化學獎:來自英、法、荷的 3 名學者以「設計與合成分子機械」研究獲獎

作者 | 發布日期 2016 年 10 月 05 日 18:56 | 分類 名人堂 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

2016 年諾貝爾化學獎得主於台灣時間 10 月 5 日揭曉,與今年的物理學獎相同,化學獎同樣由 3 位學者共享殊榮,分別為出生於法國、任教於法國斯特拉斯堡大學的 Jean-Pierre Sauvage,來自英國、任教於美國西北大學的 Sir J. Fraser Stoddart 以及來自荷蘭、在荷蘭格羅寧根大學教書的 Bernard L. Feringa,3 名學者以「分子機械(molecular machine)的設計與合成」貢獻奪下諾貝爾化學獎。



隨著科技的進步,追求微型化儼然成為創造新科技革命的趨勢,2016 年諾貝爾化學獎得主所設計與製造的分子機械,更是將化學發展推向新的領域,而分子機械的誕生,得從 1983 年說起,當時法國學者 Sauvage 成功連結兩個大環分子形成機械互鎖分子「索烴(catenane)」,通常分子要形成共價鍵,必須共同使用它們的外層電子,但索烴環之間,卻是以機械鍵作為連結,一般而言,機械若要成功啟動運作,必須得由能相對驅動運轉的零件所組成,而索烴內部的內鎖的兩個環分子剛好符合這個條件。Sauvage 不只合成了一個新的分子,同時也發現了新的化學鍵。

英國學者 Stoddart 承接了 Sauvage 的努力,踏出了分子機械設計的第二步。Stoddart 於 1991 年合成具內鎖的大環分子「車輪烷(rotaxane)」,其為由數個大型冠醚(crown ethers)互相環扣連結的分子,且內鎖的大環分子可在兩個不同的軸之間反覆遷移。這項發現也應用於後來的分子肌肉(molecular muscle)與分子電腦晶片。

至於荷蘭學者 Feringa 則是第一個研發出分子馬達(molecular motor)的人。分子馬達可像馬達一般,在給予適當能量後,開始進行單向轉動的化學分子,而 Feringa 便在 1999 年時使分子馬達葉片以單方向持續旋轉,且他還利用分子馬達,製作出比馬達本身還要巨大 10,000 倍的玻璃汽缸,甚至還設計出了一台奈米車。

與一般的機械運轉相同,分子機械要運轉,也需要對其施加能量,然而,分子機械在未來的應用上可說是無可限量,包括新型材料、感應器、記憶元件與能源儲存系統等,甚至還能應用於醫療上,進入人體組織修復器官、除去癌變細胞或更換有缺陷的人體基因。

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