Thiết kế và chế tạo máy phân tử giành giải Nobel Hóa học

Giải Nobel Hóa học 2016 thuộc về ba nhà khoa học: Jean-Pierre Sauvage, Đại học Strasbourg, Pháp; Sir J. Fraser Stoddart, Đại học Northwestern, Evanston, IL, Mỹ; và Bernard L. Feringa, Đại học Groningen, Hà Lan với “thiết kế và chế tạo các cỗ máy phân tử”. Ba người sẽ chia nhau phần thưởng trị giá 925.000 USD.

Việc phát triển công nghệ tạo ra các thiết bị có kích thước nhỏ có thể dẫn tới một cuộc cách mạng công nghiệp. Ba nhà khoa học được trao giải năm nay đã thành công trong việc nối các phân tử với nhau để thiết kế nên một chiếc máy nâng, các động cơ tí hon và các cơ bắp cực nhỏ. Công trình của họ đã đưa hóa học phát triển theo một chiều hướng mới.

“Họ là bậc thầy kiểm soát chuyển động ở cấp phân tử”, Olof Ramstrom, thành viên Hội đồng Nobel, nhận xét.

Bước đầu tiên để tạo ra cỗ máy phân tử được thực hiện bởi Jean-Pierre Sauvage vào năm 1983, khi ông thành công trong việc nối hai phân tử hình vòng với nhau để tạo thành một chuỗi, được gọi là catenane. Thông thường, các phân tử được liên kết liên kết hóa trị trong đó các nguyên tử chia sẻ các electron nhưng ở trong chuỗi, các phân tử liên kết với nhau bởi mối quan hệ cơ học tự do hơn. Đối với một cỗ máy, để thực hiện một nhiệm vụ, nó phải bao gồm các bộ phận có thể chuyển động ăn khớp với nhau. Hai phân tử hình vòng khớp vào nhau hoàn thành chính xác yêu cầu này.

Bước thứ hai được Fraser Stoddart tiến hành vào năm 1991, khi ông phát triển một rotaxane. Ông luồn một vòng phân tử trên một trục phân tử mỏng và chứng minh rằng vòng phân tử có thể di chuyển dọc theo trục. Trong số các phát triển dựa trên rotaxanes của ông có một máy nâng phân tử, một cơ phân tử và một con chip máy tính phân tử.

Còn Bernard Feringa là người đầu tiên phát triển một động cơ phân tử; vào năm 1999, ông đã chế tạo được một cánh quạt rotor phân tử có thể quay liên tục cùng hướng. Bằng các động cơ phân tử, ông đã quay một xi lanh thủy tinh có kích thước lớn hơn động cơ 10.000 lần và ông cũng đã thiết kế được một xe hơi nano.

Thông cáo báo chí về giải Nobel Hóa học viết rằng, về mức độ phát triển, động cơ phân tử ở vào cùng giai đoạn với động cơ điện những năm 1830, khi các nhà khoa học trưng bày các loại tay quay và bánh xe khác nhau mà không ngờ rằng chúng sẽ dẫn đến sự ra đời của máy giặt, quạt điện, và máy chế biến thức ăn. Máy phân tử có nhiều khả năng sẽ được ứng dụng để phát triển vật liệu mới, cảm biến và các hệ thống trữ năng lượng.