分子机器头发万分之一细

小野

灵感——肌肉是机器

国外的分子机器研究从上世纪八十年代开始，而我国在相关研究领域的第一篇科学论文发表于2004年，“这意味着我国在这个领域的研究比发达国家晚起步了整整二十年，我们必须实现弯道超越！”张琦说。一段时间以来，我国在分子机器领域的科研缺乏合成经验、缺乏标志性成果，因此就缺乏了话语权。2016年，荷兰科学家伯纳德L费林加因设计与合成分子机器而获得诺贝尔化学奖，张琦所在的实验室在2017年与伯纳德教授共同建立了分子机器国际联合研究中心，他的研究更加如鱼得水。

“我的灵感来源于人体，人体的肌肉组织，”张琦说，“人体的肌肉实际上是一种纤维一样的‘机器，它可以不断地舒张、收缩，消耗生物化学能转化为机械能，维持人体的日常运动。” 在这样的启发之下，历时两年零六个月的时间，张琦合成出了一种类似于生物肌肉一样不断收缩舒张的分子，最终国际上首个模拟人体肌肉的分子致动器得以面世，能够实现对纳米物体的精准调控。这一分子机器的大小仅为人体肌肉纤维的千分之一，长度仅有11纳米（约为头发丝直径的万分之一）。

“一定会有人问，这样的一个纳米级别的分子机器，有什么作用呢？”张琦换了一种口吻，开始发问，“那么瓦特刚刚改良了蒸汽机的时候，法拉第刚发现了电磁感应的时候，又有谁能预见到，未来有火车飞机和电动机可以产生呢？”

“当然，现有的一些分子机器研究，也已经有成功应用的例子了。”张琦向我们介绍，大家都知道锂电池其实安全性不是很高，用久了之后，就会产生一些物质，导致爆炸起火。那么现在的分子机器所制作的一些聚合物材料已经在国外被应用于这个锂电池的保护伞之中了，对于加强锂电池的安全性能，是很大的提升。

治癌利器

分子机器目前在全世界应用并不广泛，这在张琦看来，是“尚未发挥出巨大效用但潜力无限”的领域。

张琦的科研成果还有可能被应用于医药领域。

“癌症的治疗一直是世界难题，也是大家广泛研究的科研课题。我所研究的方向，有可能通过人工合成这样一个分子机器人，然后使用注射等手段使其进入人体的血液循环系统。那么这个机器人可以自动去识别癌细胞——精准地找到它并且杀死它。”张琦补充道，“这与当前癌症疗法的不同之处在于，当今的放化疗都是通过射线或化学药物来杀死体内的癌细胞，通常会导致患者体内的正常细胞也会死亡，有时甚至死亡的比例还要高于癌细胞。”

而在张琦的未来研究设想内，它会精准识别并杀死癌细胞，对于人体内的正常细胞不会有任何影响。

作为科研工作者的張琦严谨如许，“这只是我们的研究目标，现在还无法做到，但我认为在未来的科研领域中，这个方向是值得我们去投入资金和时间去研究的。从目前所掌握的信息来看，这是有一定的成功概率的。”

得到的帮助太多了

如今的张琦，已经在人工分子机器领域解决了多项国际前沿的科学难题，至今已在国际SCI期刊上发表了24篇论文，其中以第一作者身份发表的有9篇，论文被引300余次，单篇最高被引50次，因此跻身于美国化学会评选的2018年度“未来领袖者”，获得这一殊荣的，全球仅有30位。

张琦觉得，他能有如今的成绩，首先归功于他优秀的导师及团队支持，“我的导师给我最大的好处在于自由，他不限制我的工作时间，这使我能够在很轻松自如的工作环境当中做自己感兴趣的事。另外是优秀的团队合作，是他们的支持和帮助，才让我得到了现有的科研成果。”

“当然，最重要的还是自身对于科研工作的兴趣与投入，我本身会想办法提高自己的工作效率，尽量不要做无谓的时间浪费，努力做到事半功倍。”

与旁人不同的是，张琦从大二开始就已经泡在实验室里进行相关的科研探索了。“这归功于我们学校提供的平台，支持我们从本科低年级就参与科研项目。”科研起步的提前，为张琦节省了更多入门准备工作的时间，“这也是提早树立远大理想嘛，尽可能早进入实验室，受到科学训练，那么对于今后的科研成果产出，将会愈加得心应手。”因此，在博士第一年，当其他人还在锻炼科研技能时，张琦就已经能够自主设计实验了。

“当然，不能否认的是，获得一些科研成果还需要的因素就是——运气吧。”张琦的口气非常严肃，“可能是我运气比较好，发现了非常有意思的现象，并且把这些意外的收获成功地研究透了。”诚然，并不是所有人都能成功抓住实验过程中的“惊喜”，也许无心流失的现象，就可能带来全新的改变。

“事实上，科研过程里有许许多多意外，但如果只是把失败的实验当做失败，并不从失败当中去挖掘其他有价值的东西的话，那确实很难有突破性的发现。”

张琦说，导师曾经告诉他，“从来不会有失败的实验，做出来的实验永远是对的。”因为每一个实验结果的产生都有背后的原理和逻辑，在科学的世界里，任何结果都有规律可循。真正有心的人，就是从反复的失败当中，发现别人没有注意过的细节，“在科学史上，可以说大部分真正有原创性突破的科学研究都是从失败和意外中发现的。”

此外，张琦强调，科研工作者还需要平衡好工作与休息的时间，毕竟身体是革命的本钱。在长期的科研环境中，他曾亲眼目睹过身边同事，年纪轻轻就被腰椎间盘突出等疾病折磨。“我们科研单位的‘久坐族现象很典型，当然对于大家都很担忧的发际线，我也在努力保卫啦！”

责任编辑：陈思

张琦 华东理工大学博士研究生

张琦在应用化学专业学习研究多年，现在他的研究方向叫分子机器，即用保持物质化学特性的最小单元——分子，来合成相关机器。

“最初的计算机埃尼阿克占地达到100多平方米，现在的笔记本电脑已经很轻薄了，手机就更小了。机器越来越小是工业科技领域必然的趋势，那么我们如果能实现用分子来做机器的话，就是把机器最小化这件事情做到极限了。”

最重要的是自身对于科研工作的兴趣与投入，我本身会想办法提高自己的工作效率，尽量不要做无谓的时间浪费，努力做到事半功倍。