分子機器頭發萬分之一細

小野

靈感——肌肉是機器

國外的分子機器研究從上世紀八十年代開始，而我國在相關研究領域的第一篇科學論文發表于2004年，“這意味著我國在這個領域的研究比發達國家晚起步了整整二十年，我們必須實現彎道超越！”張琦說。一段時間以來，我國在分子機器領域的科研缺乏合成經驗、缺乏標志性成果，因此就缺乏了話語權。2016年，荷蘭科學家伯納德L費林加因設計與合成分子機器而獲得諾貝爾化學獎，張琦所在的實驗室在2017年與伯納德教授共同建立了分子機器國際聯合研究中心，他的研究更加如魚得水。

“我的靈感來源于人體，人體的肌肉組織，”張琦說，“人體的肌肉實際上是一種纖維一樣的‘機器，它可以不斷地舒張、收縮，消耗生物化學能轉化為機械能，維持人體的日常運動?！?在這樣的啟發之下，歷時兩年零六個月的時間，張琦合成出了一種類似于生物肌肉一樣不斷收縮舒張的分子，最終國際上首個模擬人體肌肉的分子致動器得以面世，能夠實現對納米物體的精準調控。這一分子機器的大小僅為人體肌肉纖維的千分之一，長度僅有11納米（約為頭發絲直徑的萬分之一）。

“一定會有人問，這樣的一個納米級別的分子機器，有什么作用呢？”張琦換了一種口吻，開始發問，“那么瓦特剛剛改良了蒸汽機的時候，法拉第剛發現了電磁感應的時候，又有誰能預見到，未來有火車飛機和電動機可以產生呢？”

“當然，現有的一些分子機器研究，也已經有成功應用的例子了?！睆堢蛭覀兘榻B，大家都知道鋰電池其實安全性不是很高，用久了之后，就會產生一些物質，導致爆炸起火。那么現在的分子機器所制作的一些聚合物材料已經在國外被應用于這個鋰電池的保護傘之中了，對于加強鋰電池的安全性能，是很大的提升。

治癌利器

分子機器目前在全世界應用并不廣泛，這在張琦看來，是“尚未發揮出巨大效用但潛力無限”的領域。

張琦的科研成果還有可能被應用于醫藥領域。

“癌癥的治療一直是世界難題，也是大家廣泛研究的科研課題。我所研究的方向，有可能通過人工合成這樣一個分子機器人，然后使用注射等手段使其進入人體的血液循環系統。那么這個機器人可以自動去識別癌細胞——精準地找到它并且殺死它。”張琦補充道，“這與當前癌癥療法的不同之處在于，當今的放化療都是通過射線或化學藥物來殺死體內的癌細胞，通常會導致患者體內的正常細胞也會死亡，有時甚至死亡的比例還要高于癌細胞?！?/p>

而在張琦的未來研究設想內，它會精準識別并殺死癌細胞，對于人體內的正常細胞不會有任何影響。

作為科研工作者的張琦嚴謹如許，“這只是我們的研究目標，現在還無法做到，但我認為在未來的科研領域中，這個方向是值得我們去投入資金和時間去研究的。從目前所掌握的信息來看，這是有一定的成功概率的?！?/p>

得到的幫助太多了

如今的張琦，已經在人工分子機器領域解決了多項國際前沿的科學難題，至今已在國際SCI期刊上發表了24篇論文，其中以第一作者身份發表的有9篇，論文被引300余次，單篇最高被引50次，因此躋身于美國化學會評選的2018年度“未來領袖者”，獲得這一殊榮的，全球僅有30位。

張琦覺得，他能有如今的成績，首先歸功于他優秀的導師及團隊支持，“我的導師給我最大的好處在于自由，他不限制我的工作時間，這使我能夠在很輕松自如的工作環境當中做自己感興趣的事。另外是優秀的團隊合作，是他們的支持和幫助，才讓我得到了現有的科研成果?！?/p>

“當然，最重要的還是自身對于科研工作的興趣與投入，我本身會想辦法提高自己的工作效率，盡量不要做無謂的時間浪費，努力做到事半功倍。”

與旁人不同的是，張琦從大二開始就已經泡在實驗室里進行相關的科研探索了?！斑@歸功于我們學校提供的平臺，支持我們從本科低年級就參與科研項目?！笨蒲衅鸩降奶崆?，為張琦節省了更多入門準備工作的時間，“這也是提早樹立遠大理想嘛，盡可能早進入實驗室，受到科學訓練，那么對于今后的科研成果產出，將會愈加得心應手?！币虼?，在博士第一年，當其他人還在鍛煉科研技能時，張琦就已經能夠自主設計實驗了。

“當然，不能否認的是，獲得一些科研成果還需要的因素就是——運氣吧。”張琦的口氣非常嚴肅，“可能是我運氣比較好，發現了非常有意思的現象，并且把這些意外的收獲成功地研究透了?！闭\然，并不是所有人都能成功抓住實驗過程中的“驚喜”，也許無心流失的現象，就可能帶來全新的改變。

“事實上，科研過程里有許許多多意外，但如果只是把失敗的實驗當做失敗，并不從失敗當中去挖掘其他有價值的東西的話，那確實很難有突破性的發現?！?/p>

張琦說，導師曾經告訴他，“從來不會有失敗的實驗，做出來的實驗永遠是對的?！币驗槊恳粋€實驗結果的產生都有背后的原理和邏輯，在科學的世界里，任何結果都有規律可循。真正有心的人，就是從反復的失敗當中，發現別人沒有注意過的細節，“在科學史上，可以說大部分真正有原創性突破的科學研究都是從失敗和意外中發現的。”

此外，張琦強調，科研工作者還需要平衡好工作與休息的時間，畢竟身體是革命的本錢。在長期的科研環境中，他曾親眼目睹過身邊同事，年紀輕輕就被腰椎間盤突出等疾病折磨?！拔覀兛蒲袉挝坏摹米瀣F象很典型，當然對于大家都很擔憂的發際線，我也在努力保衛啦！”

責任編輯：陳思

張琦?華東理工大學博士研究生

張琦在應用化學專業學習研究多年，現在他的研究方向叫分子機器，即用保持物質化學特性的最小單元——分子，來合成相關機器。

“最初的計算機埃尼阿克占地達到100多平方米，現在的筆記本電腦已經很輕薄了，手機就更小了。機器越來越小是工業科技領域必然的趨勢，那么我們如果能實現用分子來做機器的話，就是把機器最小化這件事情做到極限了。”

最重要的是自身對于科研工作的興趣與投入，我本身會想辦法提高自己的工作效率，盡量不要做無謂的時間浪費，努力做到事半功倍。