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分子マシンとは何か。復旦大学化学系の黎占亭教授によると、簡単に言えば、分子マシンとは分子レベルで、1つまたは数つの分子がその動きによって、マクロな機械の動作を実現するものだ。 リー・ザンティンによると、最初の受賞者であるジャン＝ピエール・ソヴァージュ教授の指導教官は、1987年に「超分子化学」の分野でノーベル化学賞を受賞していた。今回、ジャン＝ピエール・ソヴァージュ教授の貢献は、分子マシンの研究開発分野で最初に取り組んだ点にあります。1983年、彼は配位結合を利用して超分子構造を構築し、2つの環状分子をうまく結合させて鎖を形成することに成功した。機械が任務を遂行するためには、その各構成部品同士が相対的に動く能力を持っていなければならず、これら2つの互いに噛み合う環状分子はまさにこの要件を満たしている。 華東理工大学化学と分子工学学院の教授であり、中国科学院の院士でもある田禾によると、1991年にアメリカの化学者スタダートが最初に「分子シャトル」という概念を提唱した。これは、剛性の棒状分子に分子サイズの大きな環であるロータンを取り付け、その分子サイズの大きな環が棒状分子の上を行き来するというものだ。“エネルギーが与えられると、分子マシンの各モジュールは相対的に動き、私たちがよく知る機械のようになる。 第3位受賞者のバーナード・L・フェリンガ教授は、分子モーターを発見した最初の人物であり、光制御単分子モーターの分野において先駆的な業績を残しました。田禾によると、フェリンガが合成したのは「分子モーター」で、固定されたベースがあり、そのベースの上部にある分子が360度回転する。これは、マクロな世界の機械的なモーターによく似ている。1999年、彼は分子回転羽根を開発した。分子モーターを利用して、彼はモーターより1万倍も大きなガラスのコップをうまく回転させた。 “今年、ノーベル化学賞を受賞した3人の科学者は、それぞれ異なる状態の3種類の分子マシンを開発しました。彼らの先駆的な研究により、人類は分子を材料として用いて微細な世界の機械を設計・製造できることを知るに至った。”田禾が言った。 分子マシンにはどのような意義と応用価値があるのか。分子マシンの登場にはどのような意義と応用価値があるのでしょうか？田禾は、生物体内の多くの活動は、実際には分子マシンの働きに依存していると述べている。科学者たちは、細胞分裂、DNA複製、物質輸送、筋肉収縮といった生命活動を研究し、分子レベルまで遡ってみると、これらがすべて多数の分子マシンによる働きの結果であることを発見した。したがって、化学者は生命科学者と協力し、分子マシンを設計・合成することで、さまざまな生命現象をシミュレートすることができる。 分子マシンは情報を保存したり、素晴らしい「分子コンピュータ」を構築したりするためにも使える。2007年、ストダートはチームを率いて、情報を超高密度で記憶できる分子チップを開発し、その記憶密度は2020年時点のシリコンベースのチップと同等に達した。華東理工大学の化学・分子工学学院の曲大輝教授によると、シリコンベースのチップの情報記憶密度はムーアの法則に従う（価格が変わらない状況下で、集積回路に搭載できる部品の数や性能は18〜24ヶ月ごとに2倍になる）。しかし、この法則には発展の限界があり、一方で分子チップは分子サイズで情報を記憶できるためムーアの法則には従わず、記憶密度においてシリコンベースのチップを大幅に上回ることができる。 ノーベル賞評議会は、現在、分子マシンは概念段階にあると指摘している。確かに「分子マシン」にはまだ実際の応用がなく、将来的にそれが人類の生活をどのように変えていくのか説明によると、より正確な疾患検出や薬物送達、超高密度情報記憶、エネルギー貯蔵、新素材、センサーなど、多くの分野で活用される見込みであり、その応用の可能性は計り知れない