Ba nhà khoa học đoạt giải Nobel Hóa học 2016 đã chế tạo ra cỗ máy nhỏ nhất thế giới, kích cỡ phân tử như thế nào?

Giải Nobel Hóa học năm nay được trao cho ba nhà khoa học, những người lần đầu tiên tìm ra phương pháp chế tạo một cỗ máy siêu nhỏ tới kích thước phân tử. 

Đó giống như một chiếc ô tô, nhưng ở kích thước chỉ bằng 1 phần 1000 sợi tóc. Mặc dù vô hình dưới con mắt của chúng ta, một chiếc xe tí hon như vậy có ý nghĩa rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y học.

Ba nhà khoa học được vinh danh là Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart và Bernard Feringa. Họ sẽ chia đều mức tiền thưởng cho một giải Nobel, khoảng 930.000 USD.

Nobel Hóa học năm 2016 được trao cho 3 nhà khoa học với khám phá giúp chế tạo một chiếc xe hơi cỡ nanomet.

Cỗ máy là tập hợp của các phân tử ở kích thước nano, với bộ phận chuyển động có thể được kiểm soát bởi con người. Các nhà khoa học, trong nhiều thập kỷ, đã mơ ước có thể dùng bàn tay để thao tác trên một kích thước chỉ nhỏ bằng một phần ngàn sợi tóc. Bây giờ, họ đã tạo được một chiếc xe như vậy và thậm chí còn lái được nó.

Đáng chú ý, Richard Feynman, một nhà vật lý lỗi lạc từng đoạt giải Nobel, đã dự đoán được tương lai này từ năm 1959. Sau vài thập kỷ, điều đó đã chính thức trở thành sự thật. Đây là một bước tiến lớn cho công nghệ nano, mở ra những ứng dụng hữu ích trong y học và việc lưu trữ năng lượng.

Ví dụ, những chiếc xe siêu nhỏ có thể được sử dụng để chuyên chở thuốc đến vị trí chính xác trong cơ thể, giảm tác dụng không mong muốn khi thuốc tấn công cả vào các tế bào khỏe mạnh. Trong tương lai bệnh nhân ung thư có thể không còn phải chịu đựng tác dụng phụ của thuốc.

Ngoài ra, phát minh của bộ ba nhà khoa học đoạt giải Nobel Hóa học còn mở ra những hướng mới trong việc lưu trữ năng lượng. Đời thường hơn, nó cũng có thể được sử dụng để tạo ra những vật liệu không thể bị xước.

Nhà vật lý lỗi lạc Richard Feynman đã từng dự đoán sự ra đời của một chiếc xe thế này từ năm 1959

Trở lại năm 1983, Sauvage, nhà khoa học người Pháp, đã tìm ra cách để kết nối hai phân tử hình vòng nhẫn với nhau. Sau đó thì ông khiến cho một “chiếc nhẫn” có thể quay. Nó trở thành một bánh xe chuyển động và đó là ý tưởng đầu tiên về việc tạo ra một chiếc xe chuyển động ở kích thước phân tử.

Phương pháp Sauvage dùng ion đồng như một "người công nhân" lắp ráp lên một chiếc bánh xe

Gần một thập kỷ sau đó, Stoddart, nhà khoa học gốc Scoland hiện đang làm việc tại Mỹ, đã có thể gắn những vòng nhẫn trên một chiếc trục. Ông có thể khiến vòng nhẫn di chuyển dọc theo trục này bằng cách tăng nhiệt độ. Đó cũng có thể trở thành cách chế tạo một con chip máy tính siêu nhỏ.

Stoddart tạo ra một con thoi di chuyển trên trục phân tử có thể được kiểm soát

Cho tới năm 1999, Feringa trở thành nhà khoa học đầu tiên phát triển thành công một động cơ phân tử. Đó là một phân tử quay quanh một trục. 

Không chỉ chạy một cách vô điều kiện, Feringa có thể lái động cơ này di chuyển theo một hướng bằng các sử dụng ánh sáng. Đây là bước đột phá trên chặng đường xây dựng thành công một chiếc ô tô nano.

Feringa và nhóm nghiên cứu của ông có thể tạo ra một động cơ phân tử quay 12 triệu vòng mỗi giây

Hiện tại, Feringa đang làm việc tại Hà Lan. Sau khi giải Nobel Hóa học được công bố ông nói: “Tôi cảm thấy chúng tôi giống như anh em nhà Wright, người đã tạo ra một cỗ máy bay lần đầu tiên cách đây 100 năm. 

Mọi người khi đó đang tự hỏi “Tại sao nhân loại cần một cỗ máy bay được?”. Và bây giờ chúng ta có những chiếc Boeing 747 và Airbus”.