新华网上海5月11日电(记者 吴振东)“你得了诺贝尔奖,不需要再学习了。”
2016年诺贝尔化学奖得主伯纳德·卢卡斯·费林加摇头:“不是的,当我们想要制造智能药品,就要和生物学家、临床医生合作,我需要了解他们的知识。我们相互学习、相互欣赏,这极其重要。”
几年前,费林加专门买了本关于细胞学的书,1200页,像大一新生般从头学起,理解并实践着偶像达·芬奇150年前说的那句名言——“当自然完成了对它的物种的生产的时候,人类就要开始在自然的帮助下创造无限的种族和物种。”
10日,第六期“浦江科学大师讲坛”在复旦大学举行。这位荷兰科学家以“造‘小’的艺术:从分子开关到分子马达”为题,热情分享了他的研究故事,以及对于学术与创新的洞见。
(小标题)从农场走出的诺奖得主
一个美丽的荷兰小乡村,是费林加梦想开始的地方。在他记忆里,家乡的一切都新奇有趣。“对年轻人来说,最重要的是要提出问题。”为什么花朵如此美丽?为什么春天作物生长?一个个问题背后,是小费林加对世界的好奇。
在农场的阁楼上,费林加拥有了一座小小的化学实验室。在那里,他亲手合成化合物,观察漂亮的晶体,通向科学的冒险之旅就此启程。
“我喜欢分子世界,但是在分子美丽的花园中,我也常常迷路,找不准方向,但是这些让人‘绕圈圈’的问题是最有趣的,它们会带来意想不到的答案,改变我们的世界。”怀着对分子研究的热情,青年费林加进入格罗宁根大学学习。
至于几十年后获得诺贝尔奖,是他没想过的事情。“就像一名运动员,不是一天到晚想着拿金牌的,这需要努力训练,还有点运气。”
费林加主要研究的“分子机器”,是指由许多不同分子水平部件组装在一起的装置,这些分子部件在外部刺激下能像机器一样运动,是一种超分子体系。“分子开关”是其中一个非常重要的研究成果。
能够在0和1两种状态进行转换的分子就是“开关”,“分子开关”则将0和1的转换带到了纳米级尺度。
费林加说,“分子开关”的光敏性与可以对患处实现精准治疗的特点,让它能够在医药行业大显身手。“细菌的耐药性是人类的‘定时炸弹’,于是我们生产了能够以光来激活的抗生素,通过光线的照射实现开启和关闭。”
论坛上,他展示了自己的实验,培养皿中的细菌在没有光线的地方可以正常生长,而在有光照的地方无法生存。“这意味着,未来药品会变得更加安全。”
(小标题)造出世界上最小的“车”
“迎接未来的最好方式就是‘发明未来’。”
喜欢发明的费林加做过很多有趣的尝试——荷兰以风车闻名,他便用分子搭起一座“风车”,有底柱、风叶和轴,在光的驱动下,能像真正的风车一样转起来。
通过观察地月间运动关系,费林加和学生还设计了一个颇为浪漫的分子机器,在旋转时就像是月亮绕着地球。
费林加合成的“分子马达”,则将宏观意义上的发动机在微观层面进行复现,是“分子机器”的关键组成部件之一。“一旦在分子层面控制了运动,就为控制其他各种形式的运动提供了可能。”这一成果为新材料的研发带来了广阔前景。
控制“分子马达”运动最重要的问题,是控制马达的旋转,包括速度和方向。费林加研制的第一个“分子马达”,一小时只能转一圈,而最新的成果一秒钟可以旋转1000万圈。
研究进一步深入。费林加开展人工肌肉项目,其中帮助“肌肉”收缩的就是“分子马达”。论坛上,他邀请听众上台和自己扳手腕,落败后却打趣道:“我现在比不过你,但等到我可以装上人工肌肉,那么多‘分子马达’集中发力,一定比你的力气大得多。”
通过耦合“分子马达”,费林加团队还研制出四轮“分子车”。在这辆大小仅有2纳米的“车”上,“分子马达”的旋转的力转化成为平移的力,世界上最小的“车”就这样开动了。
(小标题)学术研究要“两条腿”走路
费林加最头疼的问题之一,就是经常被问及“你的研究有什么用?”
事实上,基础研究到现实应用从不会一蹴而就。“现在的‘分子马达’,相当于19世纪30年代的电动马达,那时的研究者仅仅在实验室里展示各式各样的旋转曲柄和动轮,丝毫不知这些东西将催生洗衣机、风扇的诞生。”费林加说,“分子马达”和“分子车”目前已经可以做出旋转、平移、推动这样的运动,通过不同学科的协力合作,50年后,它们或许会迎来实质性应用。
比如在医疗领域,“分子机器”可以进入人体精准靶向递送药物;在材料领域,“分子机器”可以制造能够进行自清洁和自修复的材料;在计算机领域,“分子机器”可以成为信息的存储单元……
“分子纳米技术可以提供一种路径,其他科学也有自己的路径,但最重要的是我们要将智慧和努力结合起来。”费林加的团队及合作对象中有来自许多不同国家、不同专业的学者,他也正通过学习,与不同学科对话交流,激发更多研究灵感。
“科学的旅程是一场冒险,对年轻人来说,保持好奇、勇于探索是最重要的。”费林加告诉年轻人,学术研究需要“两条腿”走路,而不能“单脚跳”——一方面,致力创新突破,争取开创性成果;另一方面,也要在自己熟悉的领域深耕,不断提高学术能力。“这样一来,即使遇到失败也有缓冲的余地。”
“科学研究的所有门路都要自己摸索,到底哪里走得通一开始谁都不知道,所以你必须允许犯错,并会从错误中学到知识。”费林加在演讲最后说道。(参与采写:殷梦昊、张菲垭、刘栩含)