看不到的机器 看得见的未来

田禾院士

显微镜下，一架分子马达飞速转动，这种肉眼无法看到的分子机器会把人带入一个怎样神奇的世界？这是发生在中科院院士、华东理工大学教授田禾实验室里的故事。30余年，功能分子机器及超分子聚合物、振动诱导发光机理、染料敏化太阳能电池、新颖分子探针……在这里他创造了无数创新性成果，至今已发表SCI论文超过500篇，获中国发明专利授权60项。今天，田禾院士荣获“2019年度上海市科技功臣”。

微观分子机器有何用途

人类能够将机器做到多小？这是杰出的美国物理学家、诺贝尔奖得主理查德·费曼在上世纪50年代对纳米技术发展提出的问题。他相信，人类有可能用“巨大”的双手制造出必须依靠电子显微镜才能观察的微型机器。梦想在上世纪80年代得以实现。那时，田禾正在华东化工学院求学成长，他的兴趣和命运，很快与精细化工、分子机器结合在一起。1989年，田禾博士毕业后留校任教。“我们这一代人，在党和人民教育下，坚持科技报国、科技兴国的理念，与改革开放的宏伟事业共成长”，田禾说，急国家所需，为国家作贡献，全身心投入到国家科技创新发展与创新人才培养的一线事业之中，这种矢志报国的深厚情怀早已深入骨髓。

2016年，三位外国科学家因“在分子机器的设计和合成方面的贡献”，获得诺贝尔化学奖，他们开发出了比头发还要细1000倍的分子机器。然而，他们是设计者，分子机器有何用途尚待后来者拓展研究。

瞄准分子机器这个世界最前沿尖端的科学问题，田禾带领研究团队，针对分子机器的状态表征方法复杂、难度大以及信号读出灵敏度低的缺点，首次提出用荧光信号来表征分子机器运动状态的思路，构建了一系列光学输出信号的功能分子机器，解决了分子尺度上精确表征分子机器运动的关键问题，创新发展了微观分子机器在界面定向排列的方法，实现了分子机器在微纳米尺度下的功能输出。

如何使微观分子机器实现功能化和实用化？这是众多国际科研团队面临的前沿挑战。田禾带领研究团队，创新性地将分子机器与纳米颗粒进行连接，精准实现了人工分子肌肉在分子尺度的收缩—舒张功能，并巧妙地将分子机器横跨细胞的磷脂双分子层，首次实现人工分子机器在离子跨膜运输领域的应用，为分子机器的功能化与实用化提供了新思路。

创新成果被国际同行点赞

田禾让中国分子机器研究获得了包括诺贝尔奖得主在内的国际同行的尊重。“提供了一种分子机器运动的便捷信号响应方式，解决了多重复杂逻辑电路这一挑战性难题”，2016年诺贝尔化学奖得主司徒塔特教授在其最新的专著中，先后30余次对田禾院士在分子机器领域的创新成果正面引用并给予高度评价，其中配图详细论述22次。另一名诺贝尔奖得主则来到华东理工大学，与田禾面对面共同研究分子机器。

2017年10月，田禾联合2016年诺贝尔化学奖得主、荷兰格罗宁根大学的费林加院士，在华东理工大学建设费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心，以此作为上海市建设具有全球影响力的科技创新中心的重要承载区之一，在动态化学领域引领学科未来发展。

分子机器之所以成为全球高科技的最前沿，是因为它带来了无限的概念：未来，从我们的静脉里注射入一批纳米机器人，它们可以直接清洗血管，也许，心血管疾病不再是人类的“头号杀手”；我们使用的材料，通过分子机器，可以自动修复，永久使用……可相当长时间内，如何使用“分子机器”，仍将是科学家们攻关的难题。

目前，费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的仪器设备已基本搭建完成。“这里将设立化学合成的人工智能实验室，提升新材料、新能源的研发速度”，田禾表示，现在很多化学合成还像“手工作坊”，今后这些合成任务可以交给AI机器，它们可以24小时连续工作，这将大大加快研发的速度。

如何助力上海打造更优的创新创业生态，提高创新“浓度”？田禾带领科研团队，全力投身上海科创中心建设。从2014年到2019年，他本人连续6年入选ESI化学领域全球高被引科学家。田禾说：“我将继续瞄准核心技术，潜心科学研究，培育时代新人。”分子机器，能不能成为上海建设全球性科创中心的一个标志，让中国人在分子机器研究领域获得国际影响力？这是田禾心中的梦。

本报记者 张炯强