對話諾貝爾獎得主：當“世界上最小的機器”進入我們的皮膚會發生什麼？_風聞

撰文 | 劉六七

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大膽做夢一下：如果你獲得了諾貝爾自然科學領域的獎項，會如何應用你的技術？

是像屠呦呦那樣，把青蒿素用於製造抗瘧疾的藥物，還是像2000年化學獎得主們那樣，憑藉導電聚合物（觸摸屏）掀起手機領域的革新浪潮？不管你腦中的計劃是什麼，它大概率都是野心勃勃的，甚至還帶着點要推進人類文明的色彩。

不過，一些諾獎得主卻想把技術用於比較“有温度”的領域。化學家弗雷澤·司徒塔特爵士（Sir Fraser Stoddart）曾憑藉“分子機器”榮獲2016年諾貝爾化學獎，也曾在超分子化學領域做出巨大貢獻。

然而在事業巔峯期，他卻開創性地**把分子機器與護膚品結合起來，**給很多人帶來驚喜。

弗雷澤·司徒塔特。文章最後，有弗雷澤先生對“把科學帶回家”讀者説的話哦！

弗雷澤為什麼產生了做護膚品的想法？什麼是分子機器？用諾獎技術製作出來的護膚品效果真的好嗎？在回答這些問題之前，我們不妨先認識一下世界上最小的機器：比頭髮絲還細1000倍的“分子機器”（molecular machine）。

把身邊的機器變小

“你能把一台機器做到多小？”

1984年，物理學大拿理查德·費曼用這個問題開啓了一場演講。穿着樸素的粉色POLO衫和米色短褲，費曼向觀眾席上的科研工作者説道：“讓我們來談談製造一台有可移動部件，且體積非常微小的機器的可能性。”

當時，科技界已經把電腦從一整個房間那麼大，縮小到可以放置在桌面上的體積，費曼認為人們也可以將身邊的機器小型化，並從中受益。

有兩個方向可以實現這個目標，**其中一個是由大至小，**先創造一雙小巧的機械手，然後再用這雙機械手造出一雙更小的機械手，直到一雙極其微小的機械手製造出一台同樣微小的機器。

理查德·費曼曾在1965年獲得諾貝爾物理獎|圖源：wiki commons

經過嘗試，由大至小的方法宣告失敗，於是希望落在由小至大搭建機器上。

在那場演講結尾，費曼對在場觀眾意味深長地説：“看看你們能不能把現有的機器設計得十分微小，然後等個25至30年探索其用途。至於能用於哪些領域，我也不知道。”

費曼那時大概沒料到，32年後，他當初設想的機器不僅獲得了諾貝爾獎，甚至還擁有了各種各樣的用途。

與弗雷澤（中）共同贏得2016年諾貝爾化學獎的還有讓-皮埃爾·索瓦日（左）和伯納德·費林加（右），獲獎原因皆因對分子機器的設計和合成做出了巨大貢獻|圖源：Nobelprize.org

回顧分子機器的發展歷程，它確實是由小至大搭建起來的。20世紀80年代，有科學家成功將兩個環狀分子套在一起，創造出索烴（catenane）。通常而言，**一台機器想要運轉就必須包含可以相互移動的零件，**索烴的兩個環可以相互移動又不會完全散開，是做零件的天選材料。

索烴製作方式，這不僅創造出一種新分子，還發明出新的分子連接方式|圖源：Nobelprize.org

索烴問世大概10年後，弗雷澤創造出了一種更精細的零件：輪烷（rotaxane）。他將一個環狀分子套在一個長條形的分子上，而且還能通過實驗，讓環狀分子按照設定方式沿着條狀分子移動。

輪烷示意圖|圖源：wiki commons

弗雷澤把幾個輪烷立起來，便搭建出 “分子電梯”，這台電梯可以在垂直方向上移動0.7納米。利用分子特性，弗雷澤還與其他科學家用輪烷設計出20KB的電腦芯片，大大壓縮了芯片晶體管的體積。

分子電梯示意圖|圖源：Nobelprize.org

受弗雷澤啓發，五花八門的“分子零件”先後問世，有人制造出可以組裝氨基酸的分子機器人，有人設計出每小時能前進5納米的分子汽車。還有科研人員嘗試將分子機器技術用於研發新材料和電池。

就在這時，作為分子機器領域的奠基人之一，弗雷澤開創性地決定把這項技術和護膚品結合起來。

把“諾獎成果”塗抹在臉上

在很多人看來，“超分子化學”與“護膚品”是相隔千里的兩個領域。正因如此，當弗雷澤把分子機器用於護膚品時，不少人感到了驚訝。不過，如果你瞭解他的成長背景，便會覺得這種結合也在情理之中。

1942年，弗雷澤出生於蘇格蘭愛丁堡，18歲前，一直生活在沒有通電的農場中。他最喜歡用玩拼圖來打發時間，這不僅在無形中培養了**他對形狀的敏鋭度以及把碎片連接起來的技能，**還讓他對藝術和美產生了一定追求。

哪怕已經在行業中取得一定成就，弗雷澤仍喜歡像兒時玩拼圖那樣組裝分子。他曾用分子臨摹博羅梅奧家族盾牌上的三環圖案，還有象徵所羅門國王智慧的標誌等。回憶起用分子作畫的經歷，他至今仍覺得很享受。

博羅梅奧環（左）和所羅門結（右）

弗雷澤身邊的女性同樣對其事業產生了積極影響——**他的妻子和兩個女兒都擁有化學博士學位，**這也大概能解釋弗雷澤為何會產生把分子機器與護膚相結合的念頭。

這條故事線要從一種叫“伽馬-環糊精”（gamma-Cyclodextrin）的物質講起，這是一個由8個糖單元組成的分子，形狀像一個上寬下窄、兩端開口的水桶，具有較大空腔。它可以用玉米小麥合成，十分綠色環保。

伽馬-環糊精結構|圖源：International Journal of Pharmaceutics

如果把6個伽馬-環糊精以特定方式結合在一起，便可以得到一個擁有很多空腔的“方塊”，把上萬個“方塊”組合在一起，便可以得到一個擁有很多存儲空間的容器。而且這個容器在遇到水時會開始有序瓦解，從而把存儲在空腔中的物質緩慢釋放出來。

弗雷澤將其命名為**“有機超分子容器”**（Organic Super Molecular Vessels）。

“有機超分子容器”模型

在護膚品製作過程中，研發人員將護膚活性成分存放在容器的空腔中，避免它們與氧氣和光照接觸失活。**而且該容器的體積比皮膚細胞小1萬倍，**可以攜帶活性成分輕鬆進入肌膚深處，滲透力比市場上現有的產品高200%。

進入到細胞後，容器遇水開始瓦解，鮮活的護膚成分便會開始緩慢釋放，**較一般護膚品釋放時間延長了10倍，**避免對皮膚產生刺激。此外，通過預先設計，**科研人員還可以讓不同成分以特定順序釋放，**從而和肌膚生物鐘重合，達到事半功倍的效果。

弗雷澤驕傲地表示，分子機器創造出世界上獨一無二的護膚品，“有機超分子容器”就像一台運輸車，高效地將護膚活性成分運送到最需要它們的地方。當其他品牌還在拼成分時，弗雷澤用科學家的思維專注在輸送上，畢竟就算你擁有世界上最好的護膚成分，如果不能使它們進入皮膚並被高效吸收，都是浪費。

弗雷澤曾在採訪中表示，自己的兒時夢想是可以積極影響人類，如今作為一名科學家，將自己最珍視的技術用於與每個人息息相關的日常生活，好像是年少時夢想的兑現。這何嘗不是一種浪漫呢？

參考資料：

[1]https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2016/press-release/

[2]https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2016/popular-information/