Giải Nobel Hóa học 2016 tôn vinh ba nhà sáng chế các cỗ máy phân tử

Thang máy siêu nhỏ, cơ nhân tạo và các động cơ vi mô. Giải Nobel 2016 được trao cho Jean-Pierre Sauvage (Đại học Strasbourg, Pháp), J. Fraser Stoddart (Đại học Northwestern, Mĩ) và Bernard L. Feringa (Đại học Groningen, Hà Lan) cho việc thiết kế và chế tạo các cỗ máy phân tử. Họ đã phát triển các phân tử với chuyển động điều khiển được, chúng có thể tiến hành một tác vụ theo yêu cầu khi có năng lượng bổ sung.

Sự phát triển của công nghệ điện toán chứng minh sự thu nhỏ của công nghệ có thể đưa đến một cuộc cách mạng như thế nào. Giải thưởng Nobel Hóa học 2016 tôn vinh các cỗ máy siêu nhỏ và đưa ngành hóa học tiến theo một xu thế mới.

Bước phát triển đầu tiên hướng tới một cỗ máy phân tử được tiến hành bởi Jean-Pierre Sauvage vào năm 1983, khi ông thành công trong việc liên kết hai phân tử hình vòng với nhau thành một chuỗi, gọi là catenane. Thông thường, các phân tử gắn kết bởi các liên kết cộng hóa trị mạnh trong đó các nguyên tử chia sẻ electron, nhưng trong chuỗi catenane các nguyên tử liên kết bởi một liên kết cơ học tự do hơn. Để một cỗ máy có thể thực thi một tác vụ thì nó phải gồm những bộ phận có thể chuyển động tương đối với nhau. Hai vòng phân tử móc cài vào nhau đáp ứng chính xác yêu cầu này.

Bước phát triển thứ hai được tiến hành bởi Fraser Stoddart vào năm 1991, khi ông phát triển một rotaxane. Ông xâu một vòng phân tử lên trên một trục phân tử mỏng và chứng minh rằng vòng phân tử có thể chuyển động dọc theo trục. Trong số các phân tử của ông về rotaxane là một thang máy phân tử, một cơ phân tử và một chip máy tính gốc-phân tử.

Xe hơi nano bốn bánh của Bernard Feringa

Bernard Feringa là người đầu tiên phát triển một động cơ phân tử; vào năm 1999, ông thu được một cánh rotor phân tử quay tròn liên tục theo cùng một chiều. Sử dụng các động cơ phân tử, ông đã làm quay một ống trụ thủy tinh lớn gấp 10.000 lần so với động cơ và đồng thời thiết kế một xe hơi nano.

Các nhà khoa học giành giải Nobel Hóa học 2016 đã đưa các hệ phân tử ra khỏi thế cân bằng và tiến sang những trạng thái đầy sinh lực trong đó chuyển động của chúng có thể điều khiển được. Về ý nghĩa lịch sử, động cơ phân tử có vai trò tương tự như động cơ điện hồi những năm 1830, khi các nhà khoa học cho trình làng các trục quay và bánh xe, không lường trước được rằng chúng sẽ đưa đến tàu điện, máy giặt, quạt điện, và máy chế biến thực phẩm. Các động cơ phân tử cũng rất có khả năng được sử dụng trong sự phát triển của những thứ như các vật liệu mới, các bộ cảm biến và hệ thống dự trữ năng lượng.

Nguồn: Nobelprize.org