노벨 화학상은 나노머신을 발명한 사람들에게 수여됩니다. 분자 기계: 소형화로 노벨 화학상 수상 노벨 화학상 수상자
노벨 화학상 수상자: Jean-Pierre Sauvage, Bernard Feringa, Fraser Stoddart
노벨화학상 수상자 발표
모스크바. 10월 5일 웹사이트 - 2016년 노벨 화학상은 "분자 기계의 설계 및 합성"이라는 문구로 Jean-Pierre Sauvage, Bernard Feringa 및 Fraser Stoddart에게 수여되었습니다.
소바쥬(Sauvage)는 초분자 화학을 전문으로 하는 프랑스의 화학자입니다. 이것은 초분자 구조(분자간 상호작용을 통해 서로 결합된 두 개 이상의 분자로 구성된 집합체)를 연구하는 화학 분야입니다. Sauvage는 카테난 계열의 화합물을 합성한 최초의 화학자가 되었습니다. 이 물질의 분자는 서로 연결된 두 개의 고리로 구성됩니다. 이러한 유형의 연결을 토폴로지라고 하며 N+1 사이트를 명확히 합니다.
신축 및 수축 분자 루프 구조의 그림
현재 미국에서 활동하고 있는 스코틀랜드 과학자 프레이저 스토다트는 로탁산을 합성하여 유사한 "비화학적" 결합을 가진 화합물 목록을 확장했습니다. 로탁산 분자는 고리가 느슨하게 부착된 긴 사슬로 구성됩니다. 체인 끝에 있는 두 개의 큰 구조 덕분에 링이 체인에서 "떨어질" 수 없습니다.
축을 따라 제어하에 움직일 수 있는 Stoddart가 만든 분자 전달
분자 나노기술 및 균질 촉매 분야의 전문가인 Bernard Feringa는 빛의 영향을 받아 구조적 변화를 겪고 풍차 날개처럼 회전하기 시작하는 분자인 분자 모터를 개발하고 합성한 최초의 화학자가 되었습니다. 엄격하게 지정된 방향. 1999년에 한 과학자는 분자 모터를 사용하여 모터가 회전하는 크기보다 10,000배 더 큰 유리 실린더를 만드는 데 성공했습니다.
4개의 "바퀴"가 있는 분자 기계의 예
2015년에는 영국에서 활동하는 스웨덴 출신의 토마스 린달(Thomas Lindahl), 미국에서 연구를 진행 중인 미국의 폴 모드리치(Paul Modrich), 터키 출신 과학자 아지즈 산카르(Aziz Sancar)가 같은 부문 노벨상 수상자로 선정됐다. 이 상은 정상적인 생합성 동안 또는 물리적 또는 화학적 노출의 결과로 발생하는 DNA 분자의 화학적 손상과 파손을 교정하는 능력으로 구성된 세포의 특별한 기능인 DNA 복구 메커니즘에 대한 연구로 그들에게 수여되었습니다. 자치령 대표.
2014년 노벨 화학상은 초고해상도 형광현미경 개발에 기여한 공로로 미국의 Eric Betzig, William Moner, 독일의 Stefan Hell에게 수여되었습니다.
이번 주 초, 물질의 위상 전이 및 위상 위상에 대한 연구로 노벨 의학상(일본 과학자 오스미 요시노리 수상)과 노벨 물리학상(수상자는 David Thoules, Duncan Haldane 및 Michael Kosterlitz)을 받았습니다. )이 알려지게 되었습니다.
현재까지 화학 분야에서 러시아의 유일한 노벨상 수상자는 화학 반응 메커니즘에 대한 연구로 영국인 Cyril Hinshelwood와 함께 1956년에 Nikolai Semenov(1896-1986)였습니다.
다음 노벨 평화상 수상자는 10월 7일 금요일에 발표됩니다.
2016년 노벨상 수상자들은 800만 스웨덴 크로나(약 93만1000달러)를 받게 된다. 시상식은 전통적으로 노벨상의 창시자인 스웨덴 기업가이자 발명가인 알프레드 노벨(1833~1896)의 사망일인 12월 10일 스톡홀름에서 열릴 예정이다.
유명한
수상자: 스트라스부르 대학교의 프랑스인 Jean-Pierre Sauvage, 노스웨스턴 대학교(미국 일리노이주)의 스코틀랜드 출신 J. Fraser Stoddart 경, 네덜란드 흐로닝언 대학교의 Bernard L. Feringa. Feringa).
출처: pbs.twimg.com
상의 문구는 "분자 기계의 설계 및 합성을 위한"입니다. 올해의 수상자는 혁명적일 수 있는 기술의 소형화에 기여한 사람들입니다. Sauvage, Stoddart 및 Feringa는 기계를 소형화했을 뿐만 아니라 화학에 새로운 차원을 부여했습니다.
과학자들은 지시된 움직임을 만들어 실제 기계처럼 작동할 수 있는 분자 메커니즘을 만들었습니다. 주로 의학뿐만 아니라 다양한 센서에 사용될 수 있습니다.
스웨덴 왕립과학원의 보도 자료에 따르면, 장 피에르 소바주(Jean-Pierre Sauvage) 교수는 1983년에 두 개의 고리 모양 분자를 서로 연결하여 카테난(catenane)으로 알려진 사슬을 형성하는 데 성공하면서 분자 기계를 향한 첫 걸음을 내디뎠습니다. 분자는 일반적으로 원자가 전자를 공유하는 강한 공유 결합으로 결합되어 있지만, 이 사슬에서는 더 느슨한 기계적 결합으로 연결됩니다. 기계가 작업을 수행하려면 서로 상대적으로 움직일 수 있는 부품으로 구성되어야 합니다. 연결된 두 개의 링은 이 요구 사항을 완전히 충족합니다.
두 번째 단계는 1991년 Fraser Stoddart가 로탁산(분자 구조의 일종)을 개발하면서 이루어졌습니다. 그는 얇은 분자 축에 분자 고리를 끼우고 이 고리가 축을 따라 움직일 수 있음을 보여주었습니다. 로탁산은 분자 엘리베이터, 분자 근육, 분자 기반 컴퓨터 칩과 같은 개발의 기초입니다.
그리고 Bernard Feringa는 분자 모터를 개발한 최초의 사람이었습니다. 1999년에 그는 한 방향으로 끊임없이 회전하는 분자 로터 블레이드를 얻었습니다. 분자모터를 이용해 모터보다 1만배 큰 유리원통을 회전시켰고, 나노카도 개발했다.
2016년 수상자들이 매년 '노벨 위크' 전날에 나타나는 다양한 즐겨찾기 목록에서 특별히 '빛나지' 않았다는 점이 흥미롭습니다.
예를 들어 언론에서 올해 화학상을 받은 사람 중에는 인간과 쥐 세포에서 CRISPR-cas9 게놈 편집을 사용한 George M. Church와 Feng Zhang(둘 다 미국에서 근무)이 있습니다.
또한 비침습적 산전 검사에 혁명을 일으킨 본토 혈장에서 무세포 태아 DNA를 발견한 홍콩 과학자 데니스 로(데니스 로 유크밍)도 인기 목록에 올랐습니다.
마에다 히로시(Maeda Hiroshi)와 마사무라 야스히로(Yasuhiro Matsamura)(암 치료의 핵심 발견인 고분자 약물의 투과성 증가 및 보유 효과 발견)라는 일본 과학자의 이름도 언급되었습니다.
일부 출처에서는 모스크바에서 태어난 화학자 Alexander Spokoiny의 이름을 찾을 수 있지만 그의 가족이 미국으로 이주한 후 그는 미국에서 살면서 일했습니다. 그는 '화학계의 떠오르는 별'로 불린다. 그건 그렇고, 화학 분야에서 소련의 유일한 노벨상 수상자 는 1956 년 연쇄 반응 이론을 개발 한 학자 Nikolai Semenov였습니다. 이 상의 수상자 대부분은 미국 출신의 과학자들입니다. 독일 과학자가 2위, 영국 과학자가 3위를 차지했습니다.
화학상은 '가장 노벨상'이라 불릴 만하다. 결국, 이 상을 창시한 사람인 알프레드 노벨(Alfred Nobel)은 바로 화학자였으며, 화학 원소 주기율표에서 노벨륨은 멘델레븀 옆에 위치합니다.
이 상을 수여하기로 결정한 것은 스웨덴 왕립과학원입니다. 1901년(당시 화학 분야 최초의 수상자는 네덜란드인 야콥 헨드릭 반트 호프였습니다)부터 2015년까지 노벨 화학상은 107회 수상되었습니다. 물리학이나 의학 분야의 유사한 상과 달리, 여러 명에게 동시에 수여되기보다는 한 명의 수상자(63건)에게 수여되는 경우가 더 많았습니다. 그러나 화학 분야에서 수상한 여성은 4명뿐이었습니다. 그중에는 역시 노벨 물리학상을 받은 마리 퀴리와 그녀의 딸 아이린 졸리오 퀴리가 포함됩니다. 화학 노벨상을 두 번이나 받은 유일한 사람은 프레데릭 생어(1958년과 1980년)였습니다.
최연소 수상자는 1935년에 상을 받은 35세의 프레데릭 졸리오(Frédéric Joliot)였습니다. 그리고 가장 나이가 많은 사람은 85세에 노벨상을 받은 존 B. 펜(John B. Fenn)이었습니다.
작년에 노벨 화학상 수상자는 Thomas Lindahl(영국)과 미국 출신의 두 명의 과학자(Paul Modrich와 Aziz Sancar(터키 출신))였습니다. 이 상은 "DNA 복구에 대한 기계적 연구"로 그들에게 수여되었습니다.
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2016년 노벨 화학상은 분자 기계의 설계와 합성으로 세 명의 과학자에게 수여되었습니다. 노벨위원회가 발표한 보도자료에 따르면 네덜란드 연구원 버나드 페링가, 미국에서 활동하는 영국인 제임스 프레이저 스토다트, 프랑스인 장 피에르 소바지가 수상자로 선정됐다.
과학자들은 세계에서 가장 작은 기계를 개발할 수 있었습니다. 연구자들은 분자를 서로 연결하여 작은 엘리베이터, 인공 근육 및 미세한 모터를 만들 수 있었습니다. 위원회 웹사이트에는 "2016년 화학 분야 노벨상 수상자들은 기계를 소형화하고 화학을 새로운 차원으로 끌어올렸습니다."라고 나와 있습니다. 보도자료에서는 컴퓨팅 기술의 발전과 함께 기술의 소형화가 혁명으로 이어질 수 있다고 지적했다.
한 과학자 팀이 에너지가 추가될 때 작업을 수행할 수 있는 제어된 움직임을 갖는 분자를 개발했습니다. Sauvage는 1983년에 분자 기계를 만들기 위한 첫 번째 단계를 밟아 카테난이라는 두 개의 고리 모양 분자 사슬을 형성했습니다. 기계가 작업을 수행하려면 서로 상대적으로 움직일 수 있는 부품으로 구성되어야 합니다. Sauvage가 연결한 두 개의 링은 이 요구 사항을 정확하게 충족했습니다.
Stoddart는 1991년에 아령 모양의 분자에 고리가 부착된 화합물인 로탁산(rotaxane)을 합성하는 두 번째 단계를 밟았습니다. 그의 개발 중에는 분자 엘리베이터, 분자 근육 및 분자를 기반으로 만들어진 컴퓨터 칩이 있습니다.
마침내 Feringa는 1999년에 분자 모터의 작동을 시연했습니다.
미래에는 분자 기계가 새로운 재료, 센서 및 에너지 저장 시스템을 만드는 데 사용될 것으로 예상됩니다.
스토다트는 1942년 에든버러에서 태어났습니다. 과학자는 초분자 화학 및 나노기술 분야를 전문으로 하며 미국 일리노이주 노스웨스턴 대학교에서 근무하고 있습니다. 소바쥬(Sauvage)는 1944년 파리에서 태어나 스트라스부르 대학교에서 과학 활동에 종사하고 있으며 그의 전문 분야는 조정 연결입니다. 페링가는 1951년 네덜란드 Barger-Compaskum에서 태어나 네덜란드 흐로닝언 대학의 유기화학 교수입니다.
노벨상의 가치는 800만 스웨덴 크로나이다. 화학상은 1901년부터 수여되었습니다(1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 및 1942 제외). 올해로 이 상은 108번째로 수여되었습니다.
2015년 노벨 화학상은 DNA 복구 메커니즘에 대한 연구로 스웨덴인 토마스 린달(Thomas Lindahl), 미국 시민 폴 모드리치(Paul Modric), 터키계 미국인 아지즈 산카르(Aziz Sancar)에게 수여되었습니다. 과학자들의 연구는 살아있는 세포의 기능, 특히 암과 싸우는 새로운 방법에 대한 기초 지식을 전 세계에 제공했다고 노벨위원회는 보고했습니다. 모든 암의 약 80~90%가 DNA 복구 부족으로 인해 발생하는 것으로 추정됩니다.
규정에 따르면 노벨 물리학·화학상은 동료 심사를 받은 언론에 게재된 논문의 저자에게만 수여될 수 있습니다. 또한, 그 발견은 진정으로 중요하고 세계 과학계에서 보편적으로 인정되어야 하며, 이것이 바로 실험주의자가 이론가보다 더 자주 상을 받는 이유입니다.
전날 스톡홀름에서 노벨 물리학상이 수여되었습니다. 미국에서 활동하는 영국 과학자 3명이 이 상을 받았습니다. 영국인 Duncan Haldane과 스코틀랜드계 미국인 David Thouless와 Michael Kosterlitz는 "물질의 위상적 상전이와 위상적 위상에 대한 이론적 발견"으로 상을 받았습니다. 과학자들은 물질의 특이한 상태를 탐구해 왔습니다. 우리는 초전도체, 초유체 및 얇은 자기막에 대해 이야기하고 있습니다.
2016년 노벨 생리의학상은 지난 10월 3일 일본의 과학자 오스미 요시노리(71)에게 돌아갔다. 그는 세포의 내부 구성 요소가 리소좀(포유류) 또는 액포(효모 세포)로 전달되어 거기에서 저하를 겪었습니다.
2016년 노벨 화학상 수상자는 스트라스부르 대학교(프랑스)의 장 피에르 소바주, 노스웨스턴 대학교(미국)의 프레이저 스토다트, 흐로닝언 대학교(네덜란드)의 베르나르 페링가입니다. 권위 있는 상은 외부에서 에너지를 공급받을 때 특정 움직임을 수행할 수 있는 개별 분자 또는 분자 복합체인 "분자 기계의 설계 및 합성"에 대해 수여되었습니다. 이 분야의 추가 개발은 과학 및 의학의 많은 분야에서 획기적인 발전을 약속합니다.
노벨위원회는 정기적으로 과학적 가치 외에도 추가적인 열정을 지닌 작품을 선정합니다. 예를 들어, Geim과 Novoselov의 그래핀 발견(노벨 물리학상 - 2010년 10월 11일, 2010년 10월 11일 참조)에서 발견 자체와 실온에서 양자 홀 효과를 관찰하기 위한 그래핀의 사용 외에도 , 놀라운 기술적 세부 사항이 있었습니다. 간단한 테이프로 흑연 층을 벗겨내는 것이었습니다. 준결정을 발견한 셰흐트만은 “준결정은 없지만 준과학자들은 있다”고 말한 또 다른 존경받는 노벨상 수상자인 폴링과 과학적 대결을 벌인 적이 있다.
분자 기계 분야에서는 수상자 중 한 명인 Stoddart가 기사 작위를 받았다는 사실을 제외하고는 언뜻보기에 그러한 하이라이트가 없습니다 (그는 최초가 아닙니다). 그러나 실제로는 여전히 중요한 기능이 있습니다. 분자기계의 합성은 분자수준에서 순수공학이라 부를 수 있는 학문적 유기화학의 거의 유일한 분야로 사람들이 처음부터 분자를 설계하고 그것을 얻을 때까지 쉬지 않는다. 물론 자연에는 그러한 분자가 존재하지만 (유기 세포의 일부 단백질 (미오신, 키네신 또는 예를 들어 리보솜)이 구조화되는 방식) 사람들은 여전히 그러한 수준의 복잡성에 도달하지 못합니다. 따라서 현재로서는 분자 기계는 자연을 모방하거나 관찰된 자연 현상을 설명하려는 시도 없이 처음부터 끝까지 인간 정신의 산물일 뿐입니다.
따라서 우리는 한 부분이 제어된 방식으로 다른 부분에 상대적으로 움직일 수 있는 분자에 대해 이야기하고 있습니다. 일반적으로 외부 영향과 열을 사용하여 움직입니다. 그러한 분자를 만들기 위해 Sauvage, Stoddard 및 Feringa는 서로 다른 원리를 생각해 냈습니다.
Sauvage와 Stoddard는 기계적으로 연결된 분자를 만들었습니다. 카테난 - 서로에 대해 회전하는 두 개 이상의 연결된 분자 고리(그림 1)와 로탁산 - 한 부분(고리)이 다른 부분(고리)을 따라 이동할 수 있는 두 부분의 복합 분자(직선) 베이스 ), 링이 "날아가지 않도록" 가장자리를 따라 체적 그룹(스토퍼)이 있습니다(그림 2).
위의 개념을 이용하여 "분자 엘리베이터", "분자 근육", 이론적으로 관심을 끄는 다양한 분자 위상학적 구조, 그리고 짧은 단백질을 매우 천천히 합성할 수 있는 인공 리보솜까지 만들어졌습니다.
Feringhi의 접근 방식은 근본적으로 달랐으며 매우 우아했습니다(그림 3). Feringhi 분자 모터에서 서로에 대해 회전하는 분자 부분은 기계적으로 연결되지 않고 실제 공유 결합, 즉 탄소-탄소 이중 결합에 의해 연결됩니다. 외부 영향 없이는 이중 결합 주위의 그룹 회전이 불가능합니다. 이러한 효과는 자외선을 조사하는 것일 수 있습니다. 비유적으로 말하면, 자외선은 선택적으로 하나의 결합을 이중 결합으로 분해하여 몇 분의 1초 동안 회전을 허용합니다. 모든 위치에서 페링기 분자는 구조적으로 변형되고 이중결합이 늘어납니다. 회전할 때 분자는 저항이 가장 적은 곳을 따라가며 장력이 가장 적은 위치를 찾으려고 노력합니다. 그녀는 이를 수행하는 데 실패하지만 각 단계에서 거의 전적으로 한 방향으로 회전합니다.
2014년에 표시된 것처럼 약간 수정된 유사한 모터는 초당 약 1,200만 회전이 가능합니다(J. Vachon et al., 2014. 초고속 표면 결합 광활성 분자 모터). Feringhi 모터의 가장 아름다운 사용은 금 기판 위의 "나노머신"에서 시연되었습니다(그림 4). 긴 분자에 바퀴처럼 부착된 4개의 모터가 한 방향으로 회전하고 '자동차'가 앞으로 나아갑니다.
현재 자외선 대신 가시광선으로 활성화할 수 있는 분자모터 개발이 진행 중이다. 이러한 모터의 도움으로 전기를 우회하는 완전히 전례 없는 방식으로 태양 에너지를 기계 에너지로 변환하는 것이 가능할 것입니다.
그의 가장 최근 연구는 미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)에 게재되었습니다. JACS), Feringa는 그림 1에서와 같이 화학적 작용에 의해 회전 속도를 제어할 수 있는 모터의 설계를 보여주었습니다. 5. 효과기 분자(금속 이염화물 - 아연 Zn, 팔라듐 Pd 또는 백금 Pt)가 분자 모터에 추가되면 후자는 형태를 변경하여 회전을 촉진합니다. 측정 결과, 20°C에서 테스트된 3개의 이펙터 중 모터가 백금(0.13Hz의 주파수)에서 가장 빠르게 회전하고 팔라듐(0.035Hz)에서 약간 느리며 아연(0.009Hz)에서는 훨씬 더 느리게 회전하는 것으로 나타났습니다. 이펙터가 없는 최대 모터 속도는 0.0041Hz입니다. 관찰된 현상은 이펙터가 있거나 없는 모터 구조의 양자 역학 계산을 통해 확인되었습니다. 계산을 통해 형태가 어떻게 변하고 회전이 얼마나 쉬운지 알 수 있습니다.
결론적으로, 분자 모터가 아직 일상 생활에 적용되지는 않았지만 시간 문제인 것은 거의 확실하며 가까운 시일 내에 분자 모터의 활발한 사용을 보게 될 것입니다.
출처:
1) 2016년 노벨 화학상 - 노벨 위원회의 공식 메시지.
2) 분자 기계 - 노벨위원회가 준비한 수상자 작업에 대한 자세한 개요입니다.
3) Adele Faulkner, Thomas van Leeuwen, Ben L. Feringa 및 Sander J. Wezenberg. 빛 구동 분자 모터의 회전 속도에 대한 알로스테릭 조절 // 미국 화학 학회지. 2016년 9월 26일. V. 138(41). P. 13597–13603. DOI: 10.1021/jacs.6b06467.
그리고리 몰레프
