Thread Content
Thế nào là máy móc phân tử? Theo giải thích của Giáo sư Lý Chiếm Đình thuộc Khoa Hóa học, Đại học Phục Đán, nói một cách đơn giản, máy móc phân tử là những cấu trúc được tạo thành từ một hoặc vài phân tử, thông qua chuyển động của các phân tử này, để tạo ra chuyển động của những “máy móc” ở quy mô vĩ mô. Lê Chiếm Đình cho biết, người thầy của giáo sư Jean-Pierre Sauvage – người đoạt giải thưởng đầu tiên – từng nhận Giải Nobel Hóa học năm 1987 vì những công trình nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học siêu phân tử. Đóng góp của Giáo sư Jean-Pierre Sauvage nằm ở việc ông là người đầu tiên tiến hành nghiên cứu trong lĩnh vực phát triển các máy móc phân tử. Năm 1983, ông đã sử dụng cơ chế phối trí để tạo ra các cấu trúc siêu phân tử; nhờ đó, ông có thể kết nối hai phân tử hình vòng lại với nhau, tạo thành một chuỗi. Để một máy móc có thể thực hiện các nhiệm vụ được giao, các bộ phận cấu thành nên nó phải có khả năng di chuyển tương đối so với nhau. Hai phân tử hình vòng này chính là những yếu tố đáp ứng được yêu cầu đó. Giáo sư tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Phân tử, Đại học Khoa học và Công nghệ Đông Hoa, đồng thời là viện sĩ của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, ông Tiền Hà cho biết, vào năm 1991, nhà hóa học người Mỹ Stoddart đã lần đầu tiên đề xướng khái niệm “con thoi phân tử”. Đó chính là việc gắn một vòng phân tử lớn – cycloolane – vào một phân tử có dạng thanh cứng; vòng phân tử này có thể di chuyển qua lại trên thanh phân tử đó. “Sau khi nhận được năng lượng, các mô-đun của máy phân tử sẽ di chuyển tương đối với nhau, giống như những chiếc máy mà chúng ta quen thuộc. Người đoạt giải thưởng thứ ba, Giáo sư Bernard L. Feringa, chính là người đầu tiên nghiên cứu về các “động cơ phân tử”. Ông đã có những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu các động cơ phân tử được điều khiển bằng ánh sáng. Theo giới thiệu của Tian He, thứ mà Ferlinga tổng hợp được chính là “động cơ phân tử”. Động cơ này có một bệ cố định; các phân tử nằm ở phía trên bệ này có thể quay quanh trục của chúng 360 độ. Cấu tạo này rất giống với các động cơ cơ học trong thế giới vật lý. Năm 1999, ông đã nghiên cứu ra cánh quay phân tử. Bằng cách sử dụng động cơ phân tử, ông đã khiến một chiếc cốc thủy tinh lớn gấp 10.000 lần so với động cơ quay được. “Ba nhà khoa học giành giải Nobel Hóa học năm nay đã chế tạo ra ba loại máy phân tử, mỗi loại có trạng thái khác nhau. Những công trình sáng tạo của họ đã giúp loài người nhận ra rằng có thể sử dụng các phân tử làm vật liệu để thiết kế và chế tạo những “cỗ máy” trong thế giới vi mô. ”Điền Hà nói. Máy móc phân tử có ý nghĩa và giá trị ứng dụng gì? Sự ra đời của máy móc phân tử mang lại ý nghĩa và giá trị ứng dụng gì? Tiên Hà nói rằng, nhiều hoạt động diễn ra trong cơ thể sinh vật thực chất đều phụ thuộc vào sự vận hành của các “máy móc phân tử”. Các nhà khoa học nghiên cứu các hoạt động sống như phân chia tế bào, sao chép DNA, vận chuyển chất, co cơ, v.v. Khi xem xét ở cấp độ phân tử, họ nhận thấy rằng tất cả những hoạt động này đều là kết quả của hoạt động của nhiều “cỗ máy phân tử”. Do đó, các nhà hóa học có thể hợp tác với các nhà sinh học để thiết kế và tổng hợp những “cỗ máy phân tử”, nhằm mô phỏng các hiện tượng sống khác nhau. Các máy móc phân tử còn có thể được dùng để lưu trữ thông tin, tạo nên những “máy tính phân tử” kỳ diệu. Năm 2007, Stodart cùng đội ngũ của mình đã phát triển thành công loại chip phân tử có khả năng lưu trữ thông tin với mật độ cực cao. Mật độ lưu trữ này tương đương với mức độ của các chip dựa trên chất silic vào năm 2020. Giáo sư Quách Đại Huy thuộc Khoa Hóa học và Kỹ thuật Phân tử, Đại học Khoa học và Công nghệ Đông Hoa giải thích rằng mật độ lưu trữ thông tin trên các chip dựa trên chất silic tuân theo định luật Moore (ở mức giá không thay đổi, số lượng linh kiện có thể được tích hợp trên một chip và hiệu suất của chúng sẽ tăng gấp đôi cứ sau 18–24 tháng). Tuy nhiên, định luật này sẽ gặp phải những hạn chế trong quá trình phát triển. Trong khi đó, các chip dựa trên phân tử có thể lưu trữ thông tin ở cấp độ phân tử, vì vậy chúng không tuân theo định luật Moore. Nhờ đó, mật độ lưu trữ của chúng có thể vượt xa so với các chip dựa trên chất silic. Hội đồng xét duyệt giải Nobel cho biết, hiện nay, các “máy móc phân tử” vẫn chỉ ở giai đoạn lý thuyết. Mặc dù chúng chưa được ứng dụng trong thực tế, nhưng liệu chúng có thể thay đổi cuộc sống của con người như thế nào trong tương lai? Theo thông tin được cung cấp, công nghệ này có triển vọng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như phát hiện bệnh một cách chính xác hơn, vận chuyển thuốc, lưu trữ thông tin với mật độ cao, lưu trữ năng lượng, phát triển vật liệu mới, cảm biến, v.v. Triển vọng ứng dụng của nó thật sự rất lớn