<p>指南者留学全国统一咨询热线：<a href="tel:4001831832" style="color:#1677ff; text-decoration:none;">400-183-1832</a>，全国各地区、各分公司联系方式均为此号码。</p><p>由宏观电机驱动的电动汽车在我们的街道和高速公路上越来越普遍。近200年前，当物理学家迈出了第一步，将电动马达带到了这个世界上时，这些安静而环保的机器就开始了。</p> <p>&nbsp;</p> <p>现在，美国西北大学领导的一个多学科团队制造出了一种肉眼无法看到的电动机:分子尺度上的电动机。</p> <p>&nbsp;</p> <p>这项早期的工作&mdash;&mdash;一种在分子水平上将电能转化为单向运动的马达&mdash;&mdash;对材料科学，特别是医学具有深远的意义，在医学中，电动分子马达可以与人体内的生物分子马达合作。</p> <p>&nbsp;</p> <p>西北大学的弗雷泽&middot;斯托达特爵士(Sir Fraser Stoddart)说:&ldquo;我们把分子纳米技术提升到了另一个高度。&rdquo;斯托达特爵士因在分子机器的设计和合成方面的工作获得了2016年诺贝尔化学奖。&ldquo;这种优雅的化学反应使用电子有效地驱动分子电机，就像宏观电机一样。虽然这一化学领域还处于起步阶段，但我预测有一天这些微型马达将在医学上产生巨大的变化。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>我们把分子纳米技术提升到了另一个水平。&rdquo;</p> <p><br />弗雷泽&middot;斯托达特爵士，化学家</p> <p><br />斯托达特是温伯格艺术与科学学院化学董事会教授，是这项研究的共同通讯作者。这项研究是与分子机器理论家、缅因大学教授迪恩&middot;阿斯图米安(Dean Astumian)和计算化学家、加州理工学院教授威廉&middot;戈达德(William Goddard)密切合作完成的。张龙，斯托达特实验室的博士后研究员，是这篇论文的第一作者和共同通讯作者。</p> <p>&nbsp;</p> <p>只有2纳米宽的分子马达是第一个大量生产的。该电机易于制造，运行迅速，不产生任何废物。</p> <p>&nbsp;</p> <p>这项研究和相应的新闻摘要今天(1月11日)发表在《自然》杂志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究小组专注于一种具有连锁环的分子，这种分子被称为catenanes，由强大的机械键连接在一起，因此这些成分可以相对自由地移动而不会分崩离析。几十年前，斯托达特在创造机械键方面发挥了关键作用，这是一种新型的化学键，导致了分子机器的发展。</p> <p>&nbsp;</p> <p>这种电动分子马达是基于链状烷的，链状烷的组成部分(由两个相同的环环锁在一起)具有氧化还原活性，也就是说，它们随着电压势的变化而进行单向运动。研究人员发现，实现这种单向运动需要两个环。实验表明，链轮烷(一个环与一个环互锁)不能作为马达运行。</p> <p>&nbsp;</p> <p>具有马达功能的分子的合成和运作&mdash;&mdash;将外部能量转化为定向运动&mdash;&mdash;一段时间以来一直挑战着化学、物理学和分子纳米技术领域的科学家。</p> <p>&nbsp;</p> <p>为了实现这一突破，Stoddart、Zhang和他们西北大学的团队花了四年多的时间来设计和合成他们的电动分子马达。这包括与UMaine的Astumian和加州理工学院的Goddard合作一年，完成量子力学计算，以解释电机背后的工作机制。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在分子尺度上控制元件的相对运动是一项艰巨的挑战，所以合作是至关重要的。&rdquo;张说。&ldquo;与合成、测量、计算化学和理论方面的专家合作，使我们能够开发出一种在溶液中工作的电动分子马达。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>已经报道了一些单分子电动机的例子，但它们需要苛刻的操作条件，比如使用超高真空，而且还会产生废物。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人员说，他们的电动分子马达的下一步是将许多马达连接到一个电极表面，以影响表面，最终做一些有用的工作。</p> <p>&nbsp;</p> <p>斯托达特说:&ldquo;我们今天报告的成就证明了我们年轻科学家的创造力和生产力，以及他们承担风险的意愿。&rdquo;&ldquo;这项工作给了我和团队极大的满足感。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Stoddart是国际纳米技术研究所和西北大学Robert H. Lurie综合癌症中心的成员。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。</p> </blockquote>