分子生物学——分子机器

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前言

对于本次搜集分子生物学领域的一个诺贝尔奖的有关内容的作业
参考文献：
https://www.cas.cn/zt/sszt/2016nobelprize/hxj/201610/t20161008_4576991.shtml

https://zhidao.baidu.com/daily/view?id=120474
2023-9-18

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一、2016年度诺贝尔化学奖

1.1. 介绍

北京时间17时45分，2016年诺贝尔化学奖授予了3位科学家：法国斯特拉斯堡大学的让-皮埃尔·索瓦日教授、美国西北大学的弗雷泽·斯托达特爵士以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·L·费林加教授，
获奖理由是“分子机器的设计与合成”，看上去这是一个十足的化学奖，不过，这类机器的其中的一项重要应用就是靶药物传递，也算是会影响生命科学的重要发展了。

1.2. 什么是分子机器？

分子机器是在分子水平上，由一个分子或几个分子，通过分子的运动，实现宏观机器的运动。

1. 第一位获奖者让-皮埃尔·索瓦日教授，1983年，他通过配位作用，构建超分子结构，成功地将两个环形分子连接起来，形成了一根链。一架机器要能执行任务，其各个组成部分之间必须具有相对运动的能力，这两个相互扣合的环形分子正好符合这个要求。

2. 1991年，美国化学家斯托达特第一个提出“分子梭”概念，即在一个刚性棒状分子上套一个分子大环——轮烷，分子大环能在分子棒上来回穿梭。

3. 第三位获奖者伯纳德·L·费林加教授则是研究出分子马达的第一人，在光控单分子马达领域有开创性的工作。

这三种分子机器，其状态各不相同。他们的开创性工作让人类认识到，可用分子为材料，设计、建造微观世界的机器。

1.3. 分子机器的意义

生物体内的很多活动，其实都有赖于分子机器的运转。

科学家研究细胞分裂、DNA复制、物质运输、肌肉收缩等生命活动，追溯到分子层面后，发现它们都是众多分子机器做功的结果。因此，化学家可以和生命科学家合作，通过设计、合成分子机器来模拟各种生命现象。

分子机器还能用来存储信息，构建神奇的“分子计算机”：

2007年，斯托达特带领团队研制出一种能超高密度存储信息的分子芯片，其存储密度达到了2020年硅基芯片的水平。（而这种设备就用到了可重组的分子开关。有了他们的技术铺垫，人类又向分子电脑的世界迈了一大步。要知道，分子电脑和现在的以硅为基础材料的电脑相比，体型会更小巧、性能也可能会更好。）

硅基芯片的信息存储密度遵循摩尔定律（在价格不变情况下，集成电路上可容纳的元器件数目和性能，每隔18—24个月会提高1倍），但这个定律会遇到发展瓶颈，而分子芯片能实现分子尺寸上的信息存储，所以不遵循摩尔定律，在存储密度上能大幅超越硅基芯片。（分子芯片利用分子之间的相互作用来进行计算，这使得它能够在更小的空间内进行更复杂的计算任务）

目前，分子机器处在概念应用阶段，尽管“分子机器”目前还没有实际的应用，并且分子计算机仍处于早期研究阶段，还存在许多技术和工程上的挑战需要克服，但它有望用于更精准的疾病检测、药物输送，超高密度信息存储、能量存储，新材料、传感器等众多领域，应用前景不可限量。

“斯托达特当时就说：“分子元件是能用在存储、计算或代替其他电子元件上的，而这方面的研究发展前景不可估量。长久以来，人们一直梦想着在信息存储技术中利用分子技术，而分子开关的研究恰恰是这个梦想得以实现最重要的一环。”

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总结

这个作业就这样应付完成了，了解了一下”分子机器“这个事物，科学家们通过对生物的分子层面的研究，发现了”分子芯片“相对于硅基芯片的优秀，这为通过分子机器来构建”分子计算机“的实现开了一个重要的研究方向。最后期待分子计算机的早日实现，为人类带来更强大的计算能力和创新的可能性，同时助力生物学的新发现。

南风知我意，吹梦到西州。

–2023-9-18 生物技术篇