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一秒开关10次 清华大学研发微型分子开关

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发布时间:2022-10-14 14:47    信息来源:张国荣


科幻电影里微型机器经由注射进入人体修复受损器官的情境,将可望成真。清华大学化工系教授堀江正树与博士生陈楷荏的研究团队,打造出跟毛发一样纤细的分子开关,只要用光照来控制,1秒钟内就可开关10次,并传达比自身重量多1650倍的力量。这项杰出的研究成果,上个月登上了顶尖的《自然通讯》(Nature Communications)期刊。   今年的诺贝尔化学奖颁给3位分子机器的杰出科学家,显示这个研究领域炙手可热的程度。此篇论文的第一作者、化工系博士生陈楷荏表示,分子机器是尺寸很小的机械,在分子尺度下,借由光、热、电信号等外在刺激,使分子间产生如马达运转、肌肉收缩、齿轮转动等运动模式。   陈楷荏在日籍堀江正树老师指导下,挑战比在液体难度更高、但应用层面较广的固体单晶体实验,发现二茂铁超分子晶体在蓝光激光照射下扩大,一旦移除光源,晶体便迅速地恢复到原先的状态,重复的扩大、收缩在与电路相连接后,就成了光致超分子开关。   陈楷荏说,经由蓝光激光控制电路开关,光致超分子开关每秒钟可连续开关10次,也就是一分钟可以连续开关600次,并仍然维持相当稳定的电流,“未来还可望加速到每秒85次!”   研究团队接著用这个超迷你、速度又飞快的分子开关来遥控物体,透过微力传感系统发现,它竟可以弹飞比超分子晶体还重1650倍的小球,将光能快速转化为机械动能。   陈楷荏笑称,他做的是“暂时停止呼吸”的实验,因为仅数十微米的分子晶体比一般粉末还细小,得黏在针尖上固定,连呼口气都可能影响实验失败,所以他常选在夜深人静时,将实验室的冷气关掉,屏住气息,在显微镜下观察与量测,“我因此练出一套憋气的功夫,现在轻松憋个一分钟没问题。”   许多研究生怕无法顺利完成论文或毕业,选择比较“安全”的研究主题,但陈楷荏在堀江老师的鼓励下,勇敢挑战高难度的研究。光致超分子研究花了陈楷荏4年的时间,这也是他研究生涯的第一篇论文,回忆4年来研究的孤独与等待发表的忐忑,他不禁红了眼眶,温柔的堀江老师则理解地拍拍了这位得意门生,称陈楷荏是“我最好的学生之一”。如今初试啼声就获得国际知名期刊肯定,陈楷荏的感动之情难以言喻。   堀江正树表示,光致超分子开关是个偶然的发现,因此,他总鼓励学生多方尝试,享受“玩”的实验的乐趣,“如果你不试,永远不知道会发现什么。”2010年起来台执教的堀江,也称赞清华大学有一流的设备与环境,能让研究人员尽情发挥。   堀江正树表示,光致超分子开关是项基础研究,但未来在这项基础之上,将可望研发出更微小、更复杂、功能更多的分子机器,如更微小的电脑、不开刀就能进入人体修补器官的仪器,进一步改写科技发展史。     新闻出处:清华大学

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文字:郑妍钰