对话诺贝尔奖得主：当“世界上最小的机器”进入我们的皮肤会发生什么？_风闻

撰文 | 刘六七

审校 | Cloud

大胆做梦一下：如果你获得了诺贝尔自然科学领域的奖项，会如何应用你的技术？

是像屠呦呦那样，把青蒿素用于制造抗疟疾的药物，还是像2000年化学奖得主们那样，凭借导电聚合物（触摸屏）掀起手机领域的革新浪潮？不管你脑中的计划是什么，它大概率都是野心勃勃的，甚至还带着点要推进人类文明的色彩。

不过，一些诺奖得主却想把技术用于比较“有温度”的领域。化学家弗雷泽·司徒塔特爵士（Sir Fraser Stoddart）曾凭借“分子机器”荣获2016年诺贝尔化学奖，也曾在超分子化学领域做出巨大贡献。

然而在事业巅峰期，他却开创性地**把分子机器与护肤品结合起来，**给很多人带来惊喜。

弗雷泽·司徒塔特。文章最后，有弗雷泽先生对“把科学带回家”读者说的话哦！

弗雷泽为什么产生了做护肤品的想法？什么是分子机器？用诺奖技术制作出来的护肤品效果真的好吗？在回答这些问题之前，我们不妨先认识一下世界上最小的机器：比头发丝还细1000倍的“分子机器”（molecular machine）。

把身边的机器变小

“你能把一台机器做到多小？”

1984年，物理学大拿理查德·费曼用这个问题开启了一场演讲。穿着朴素的粉色POLO衫和米色短裤，费曼向观众席上的科研工作者说道：“让我们来谈谈制造一台有可移动部件，且体积非常微小的机器的可能性。”

当时，科技界已经把电脑从一整个房间那么大，缩小到可以放置在桌面上的体积，费曼认为人们也可以将身边的机器小型化，并从中受益。

有两个方向可以实现这个目标，**其中一个是由大至小，**先创造一双小巧的机械手，然后再用这双机械手造出一双更小的机械手，直到一双极其微小的机械手制造出一台同样微小的机器。

理查德·费曼曾在1965年获得诺贝尔物理奖|图源：wiki commons

经过尝试，由大至小的方法宣告失败，于是希望落在由小至大搭建机器上。

在那场演讲结尾，费曼对在场观众意味深长地说：“看看你们能不能把现有的机器设计得十分微小，然后等个25至30年探索其用途。至于能用于哪些领域，我也不知道。”

费曼那时大概没料到，32年后，他当初设想的机器不仅获得了诺贝尔奖，甚至还拥有了各种各样的用途。

与弗雷泽（中）共同赢得2016年诺贝尔化学奖的还有让-皮埃尔·索瓦日（左）和伯纳德·费林加（右），获奖原因皆因对分子机器的设计和合成做出了巨大贡献|图源：Nobelprize.org

回顾分子机器的发展历程，它确实是由小至大搭建起来的。20世纪80年代，有科学家成功将两个环状分子套在一起，创造出索烃（catenane）。通常而言，**一台机器想要运转就必须包含可以相互移动的零件，**索烃的两个环可以相互移动又不会完全散开，是做零件的天选材料。

索烃制作方式，这不仅创造出一种新分子，还发明出新的分子连接方式|图源：Nobelprize.org

索烃问世大概10年后，弗雷泽创造出了一种更精细的零件：轮烷（rotaxane）。他将一个环状分子套在一个长条形的分子上，而且还能通过实验，让环状分子按照设定方式沿着条状分子移动。

轮烷示意图|图源：wiki commons

弗雷泽把几个轮烷立起来，便搭建出 “分子电梯”，这台电梯可以在垂直方向上移动0.7纳米。利用分子特性，弗雷泽还与其他科学家用轮烷设计出20KB的电脑芯片，大大压缩了芯片晶体管的体积。

分子电梯示意图|图源：Nobelprize.org

受弗雷泽启发，五花八门的“分子零件”先后问世，有人制造出可以组装氨基酸的分子机器人，有人设计出每小时能前进5纳米的分子汽车。还有科研人员尝试将分子机器技术用于研发新材料和电池。

就在这时，作为分子机器领域的奠基人之一，弗雷泽开创性地决定把这项技术和护肤品结合起来。

把“诺奖成果”涂抹在脸上

在很多人看来，“超分子化学”与“护肤品”是相隔千里的两个领域。正因如此，当弗雷泽把分子机器用于护肤品时，不少人感到了惊讶。不过，如果你了解他的成长背景，便会觉得这种结合也在情理之中。

1942年，弗雷泽出生于苏格兰爱丁堡，18岁前，一直生活在没有通电的农场中。他最喜欢用玩拼图来打发时间，这不仅在无形中培养了**他对形状的敏锐度以及把碎片连接起来的技能，**还让他对艺术和美产生了一定追求。

哪怕已经在行业中取得一定成就，弗雷泽仍喜欢像儿时玩拼图那样组装分子。他曾用分子临摹博罗梅奥家族盾牌上的三环图案，还有象征所罗门国王智慧的标志等。回忆起用分子作画的经历，他至今仍觉得很享受。

博罗梅奥环（左）和所罗门结（右）

弗雷泽身边的女性同样对其事业产生了积极影响——**他的妻子和两个女儿都拥有化学博士学位，**这也大概能解释弗雷泽为何会产生把分子机器与护肤相结合的念头。

这条故事线要从一种叫“伽马-环糊精”（gamma-Cyclodextrin）的物质讲起，这是一个由8个糖单元组成的分子，形状像一个上宽下窄、两端开口的水桶，具有较大空腔。它可以用玉米小麦合成，十分绿色环保。

伽马-环糊精结构|图源：International Journal of Pharmaceutics

如果把6个伽马-环糊精以特定方式结合在一起，便可以得到一个拥有很多空腔的“方块”，把上万个“方块”组合在一起，便可以得到一个拥有很多存储空间的容器。而且这个容器在遇到水时会开始有序瓦解，从而把存储在空腔中的物质缓慢释放出来。

弗雷泽将其命名为**“有机超分子容器”**（Organic Super Molecular Vessels）。

“有机超分子容器”模型

在护肤品制作过程中，研发人员将护肤活性成分存放在容器的空腔中，避免它们与氧气和光照接触失活。**而且该容器的体积比皮肤细胞小1万倍，**可以携带活性成分轻松进入肌肤深处，渗透力比市场上现有的产品高200%。

进入到细胞后，容器遇水开始瓦解，鲜活的护肤成分便会开始缓慢释放，**较一般护肤品释放时间延长了10倍，**避免对皮肤产生刺激。此外，通过预先设计，**科研人员还可以让不同成分以特定顺序释放，**从而和肌肤生物钟重合，达到事半功倍的效果。

弗雷泽骄傲地表示，分子机器创造出世界上独一无二的护肤品，“有机超分子容器”就像一台运输车，高效地将护肤活性成分运送到最需要它们的地方。当其他品牌还在拼成分时，弗雷泽用科学家的思维专注在输送上，毕竟就算你拥有世界上最好的护肤成分，如果不能使它们进入皮肤并被高效吸收，都是浪费。

弗雷泽曾在采访中表示，自己的儿时梦想是可以积极影响人类，如今作为一名科学家，将自己最珍视的技术用于与每个人息息相关的日常生活，好像是年少时梦想的兑现。这何尝不是一种浪漫呢？

参考资料：

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

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