看吧,关于分子的大戏刚刚开始上演~

 

科学始于想象!让我们尽情畅想一下,分子机器可以给我们带来哪些变化?...



据说,最近“分子”这家伙火了!几百亿年来就已经形成的古老的它,组成了世界上的万千事物。但一直以来这完全凭自然界自身的法则。最近,古怪精灵的人类,竟然想到了把分子做成机器!无所不能的他们已经开始试图支配和影响微观世界。。

北京时间10月5日下午5点45分,2016年诺贝尔化学奖也终于揭晓。三位科学家——让-皮埃尔-绍瓦热、弗雷泽-斯托达特爵士和伯纳德-L-费林加获奖,领域是“分子机器的设计与合成”。



绍瓦热及其团队在1983年取得了第一个突破:开发出相互连接的分子环。接下来的几年中,三位获奖者依次设计得到了分子梭、可控旋转的互联环、分子转子等。

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基于费林加的光分子马达思想,科学家们还创造出一辆四轮驱动的纳米分子车。在“马达”的驱动下,这辆汽车能够缓缓地定向运动。

总而言之,“分子机器”是在合适的外界刺激下,可以执行类似机器运动的独立分子或分子组装体。“驱动分子机器运动的能量可以是各种化学能,也可以是电能、光能等。”中科院化学所研究员陈传峰表示,“通过分子和分子之间非共价相互作用力形成的结构固定的超分子组装体,再通过酸碱、离子、光、电等外界刺激,使分子之间发生相互运动,最终实现做功。”
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把分子直接做成机器?这也行?!让我们先看看分子是怎么回事。它从哪儿来的?它长什么样?

分子是物质中能够独立存在的相对稳定并保持该物质物理化学特性的最小单元。分子由原子构成,原子通过一定的作用力,以一定的次序和排列方式结合成分子。以水分子为例,将水不断分离下去,直至不破坏水的特性,这时出现的最小单元是由两个氢原子和一个氧原子构成的一个水分子(H2O)。一个水分子可用电解法或其他方法再分为两个氢原子和一个氧原子,但这时它的特性已和水完全不同了。









你身边的所有物质物体都是由更小的我们叫做分子的单位构成的。而分子是由原子组成的,分子频繁地分裂然后组成新的分子。从另一方面来说,事实上接触到的所有原子,在你一生中,脚下的土地、呼吸的空气、生存的食物,那些组成包括你在内的所有生命体的原子,都已经存在数十亿了,并且是在一个与我们星球完全不同的地方形成的。

宇宙由星系的巨大超星系团构成,星系周围是大团看不见的空荡荡的太空。每个星系又包含了数以十亿计的恒星,构成这些恒星的物质是一些小得看不见的粒子。质子、中子和电子是最普通的粒子,它们通常以原子的形式结合在一起。质子和中子由更小的粒子构成,它叫做夸克。分子就是由原子组合而形成的。



宇宙中的分子是何时形成的呢?让我们看看宇宙大事纪年表:

10E - 43秒,宇宙大爆炸

10E - 35秒 大一统力(强作用力,弱作用力,电磁力)崩解

10E - 3 秒 夸克开始聚集,中子与质子出现

3分钟 质子与中子开始凝聚成稳定的原子核

30万年 电子开始聚集在原子核周围,第一个原子出现

30亿年 第一个类星体出现

50亿年 第一个星系出现

……


所以,分子的出现应该在大爆炸后的30万年到30亿年的某个时间,大爆炸始于137亿年前,所以宇宙中的分子出现应该在107亿到137亿年之间。

那么,地球上的分子是如何形成的呢?

在40亿年前的地球水环境中, 原子组合成分子,形成新的四力平衡体, 而且地球在形成过程中, 已聚合了极多的星际有机分子, 这些分子组合成大分子,利用彼此的引力场和反引力场来寻找合适的组合对象。大分子、分子、原子三间也是依靠彼此形成的力场来寻找合适的组合对象,形成新的复杂四力平衡体,其中引力场起到远距吸引作用(5-20个原子直径),这也就限制了大分子在大范围获得所需的组合对象,因此大分子彼此组合成一种能移动的组织形式,即最原始的海洋微生物。

能移动的大分子团主要采用定向释放电磁力的方法,逐渐发展成能在水中游动的原始组织,因此它们能获得大量所需的食物(四力平衡体),并在体内积存了一些分子,这些分子在原始微生物母体力场导引下,组合成与母体相似的新微生物。这些原始微生物实质上就是一些复杂大分子团形成的四力平衡体,这也是生物基因复制的雏形。

以上我们把分子这家伙调查了个底儿掉,回过头来说,分子机器能做什么呢?据中科院理化所研究员丛欢介绍,分子机器技术可以用在分子开关,传感器,催化等领域。但目前为止,其实际应用还没有达到期待的水平。他打比方说:“三位科学家解决了分子机器中基本结构单元的问题。这就像是发明了活塞、齿轮等基本零件,但是人们日后把这些零件组装起来,并形成功能完整的机器,还有很长的路要走。”



“当然,现在为时尚早,但一旦你能控制这种运动,一切皆有可能。”获奖者之一费林加说,“可以想象,医生能将这些微型机器人注入你的血管,然后寻找癌细胞或释放药物。”他将该发现与莱特兄弟的创举相比较:莱特兄弟刚发明飞机时,也无法想象今天的航空事业如此繁荣。

科学始于想象!让我们尽情畅想一下,分子机器可以给我们带来哪些变化?小朋友们,你们想为这些变化做些什么?神奇的科学,每天在你身边呈现和发生,让我们为未来的科学发展,做点什么吧!


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