78歲，對於很多人來說已經是頤養天年的年紀。但是對於拿過化學領域最高榮譽——諾貝爾化學獎的弗雷澤·斯託達特（Fraser Stoddart）來說，他的科研生涯仍然在不斷加載、充實中。
7月14日，斯託達特撰寫的《分子納米拓撲學時代的黎明》(Dawning of the Age of Molecular Nanotopology)刊登在美國化學學會出版物（ACS Publications）上。在文章中，斯託達特提出了「分子納米拓撲學」這個有些拗口的新概念。
當天，斯託達特接受了世界頂尖科學家論壇（WLF）的獨家視頻專訪。他在採訪中預言：分子納米拓撲學將是震撼化學界的全新領域。
截圖｜WLF獨家採訪視頻
01
進入分子納米拓撲學新世界
這是個還沒有被探索過的領域，但是現在很多好的事情將會發生，很多奇蹟將會上演。
「我一直在說，當分子線的拓撲學和化學拓撲學進入到化學的詞典裡時，一定會帶給化學家非常大的震撼。因為這真的是非常、非常根本的研究。我覺得一定會有很多人樂意加入進來，這個嶄新的領域會變得爆炸。某種程度上，我剛剛重新命名了這個領域。因為分子這個概念還是太大了，而我所說的是納米程度的拓撲學。所以，我會叫這個未被開墾過的新領域——分子納米拓撲學。」
圖｜ Nobel Media AB. Photo: A. Mahmoud
「這會對新的化學催化劑的生成、更為傳統的化學反應的精準選擇提供更多可行性。當然，我只是對這個全新的東西充滿著好奇。因為未來對我而言也充滿著未知，我並沒有比其他人知道的更多。」
2016年12月12日，斯託達特在參觀諾貝爾基金會時，仔細觀看了他的諾貝爾獎章。圖｜ Nobel Media AB 2016
在這篇文章，斯託達特對拓撲學在化學分子學領域進行了溯源，也作出了展望：
1960年，埃德爾·瓦塞爾曼（Edel Wasserman）採用統計合成的方法，創造了世界上第一個索烴，連帶著機械鍵有了首次實驗亮相。
次年，哈裡·弗裡希 (Harry L. Frisch)和瓦塞爾曼在一篇開創性的通訊中，將化學拓撲學領域引入了化學領域的大詞典中。
在這篇通訊中，兩人將拓撲學異構體進行了一些定義，包含如下內容，例如：兩個含有相同的原子和化學鍵連接性的分子，但是這兩個分子的結構不能通過三維空間的任何變形進行相互轉換。
這篇發布於1961年的通訊，還概述了一些可能獲得諸如索烴這樣的分子結和連結的實驗方法。索烴是一個具有兩個或兩個以上互鎖的環形成分的分子，也就是說，它也是機械互鎖分子的例子，從拓撲學的角度上說屬於「不平庸」（編者註：數學中，術語「平庸」經常用於結構非常簡單的對象，而相反地，「不平庸」則是用來表明某種例子、解法、語句或是定理不太容易被證明）。
另一種最常見的機械互鎖分子被稱為輪烷，它包括一個由軸狀實體(啞鈴)穿著的環，不過由於其末端組(止動器)過於龐大了，環無法越過。輪烷在拓撲學上是「平凡」的，原因很簡單：它的成分可以通過連續的變形而解離，這會導致環從啞鈴上滑落，而不會有任何化學鍵斷裂或相互通過。
而索烴中的機械鍵也是一種拓撲鍵，但是在輪烷中卻不是這樣。由此可見，基於拓撲學的考慮，索烴和輪烷之間有著非常明顯的區別。
用圖形表示連結和結的拓撲異構概念。圖｜《分子納米拓撲學時代的黎明》
在索瓦日和大衛·艾倫·利（David Alan Leigh，編者註：英國化學家）對連結和結進行的開創性研究之後，我們已經準備好見證分子納米技術新時代的到來：我們稱之為分子納米拓撲學時代，機械鍵是分子納米拓撲學的基石。
其實，在非自然方式的產物合成領域，大的、更複雜的結是觸手可及的。大衛·艾倫·利曾評論說，就像在天然產物的合成中一樣，在非天然對應物的合成方式也可以有翻天覆地的變化，將原來極其困難的合成呈現出來。
例如，他對編結的介紹，將使更多更複雜、更大尺寸的分子結的合成成為可能。在分子結的合成中，除了使用金屬模板外，還有其他途徑可以探索，氫鍵和供體-受體相互作用以及溶膠效應基本上都沒有探索過，自由基模板也是如此。
分子納米拓撲學的前景是無限的，因為它可用於建造結的空間是非常巨大的。在分子納米拓撲學的推動下，分子納米技術即將進入新的紀元。
02
了不起的機械鍵
我估計，每一周全球的實驗室裡，都會製造出成千上萬種新的化合物，每年也都會發明出十幾個真正的新化學反應。然而，一個新化學鍵的產生是千載難逢的，這個化學鍵就是機械鍵。
在採訪中，斯託達特表示「如果說要總結我對科學的貢獻，那麼我覺得最主要的一點就是和我的知己讓-皮埃爾·索瓦日（Jean-Pierre Sauvage, 編者註：法國化學家，斯特拉斯堡大學教授，與斯託達特一起分享了2016年諾貝爾化學獎）一起助力了機械鍵的發展。」
2016年，斯託達特、索瓦日、伯納德·費林加（Ben Feringa）共同獲得了當年的諾貝爾化學獎。圖｜截自Nobel Prize
2016年的諾貝爾獎化學獎的頒獎詞中，以相同比例分享了當年這一獎項的三人都是因為分子機器的設計和合成。而斯託達特坦言，其實更準確的描述應該是發展機械鍵。這才是分子機器的核心。
12月10日，2016年諾貝爾獎頒獎典禮在斯德哥爾摩音樂廳舉行。圖｜ Nobel Media AB 2016/Pi Frisk
1983年，索瓦日率先向微型機器邁出了一大步，他將兩個環形分子連接起來，形成一條鏈。這樣一來，一個部件就可以自由地繞著另一個部件移動，而不是傻愣愣地固定在原地。
如果說一臺機器想要執行任務，那麼它的組成部分就必須具備能夠相對地向其他的組成部分移動的能力。斯德哥爾摩皇家理工學院的化學家、諾貝爾化學委員會成員奧洛夫·拉姆斯特倫（Olof Ramstrom）說，這兩個互鎖的環滿足了這一要求。
接著，在1991年，斯託達特證明了分子的部件是可以被操控的。斯託達特和他的團隊成功地將一個分子環穿到一個薄薄的分子軸上，並將其移動到不同的部位，然後再返回。
斯託達特正在斯德哥爾摩的諾貝爾博物館中，向自己的孫子和親戚朋友們的小孩展示自己的籤名的椅子。圖｜Nobel Media AB 2016
環仍然圍繞著這個軸，因為這兩個部件具有互補的電子基團，使它們既能夠保持在一起，但又有充分的空間可以移動。當斯託達特加熱來激發軸上各段的電子，環就會上下滑動。
接下來，兩人都開始尋找一種能源。索瓦日和斯託達特都修改了他們的環和線的化學結構，使它們能夠對電化學能量作出反應。這涉及到了添加某種化學物質（具體來說是一種氧化劑），給系統增加更多的電子。額外的電荷使環或線上的成分產生了不平衡，而附著在環上的電子則通過在分子的程度上產生運動來回應。反過來也一樣。
運動中的環。圖｜QUARTZ
截止1994年，斯託達特已經可以完全地操控這種分子穿梭機的運動。
此後，斯託達特和他的實驗室小組利用基於機械鍵的輪烷創造了許多分子機器，包括了分子電梯和人工肌肉。
分子環和線。斯託達特最終因為設計和合成分子機器——比一根人類頭髮寬度小約一萬倍的移動機器，獲得了2016年諾貝尓化學獎。圖｜QUARTZ
03
合作會獲得雙倍的快樂
每一年的諾獎頒獎禮前後，候選人之間的關係總是會被熱議。尤其是最後以相同比例分享了至高榮譽——諾貝爾獎的得主。
動圖｜Big Bang Theory Forums
斯託達特和索瓦日兩個在相同領域創造耕耘的人最後在同一年拿了諾獎。
斯託達特在採訪中說：
我們仍然在密切地聯繫著，即使是現在的特殊時期。他現在在義大利北部一處的避暑勝地。我們交換了很多彼此的照片。這讓我想到了另外一個在最近十年變得尤為嚴重的問題：人們不願意合作。
「科學一定要是有趣的。我很早以前就發現了和別人一起在科學裡遨遊要有趣很多，會獲得雙倍的快樂。有的人因為各種各樣的原因會選擇離群索居、孤立地進行研究。他們也會問我：你怎麼知道這些人來接近你，真正想要的是什麼？那讓我來告訴你：這從來該不是一個科學家該考慮的東西。
科學家只需要思考怎麼做出最棒的科學。而追求最好的科學，這就是貫穿我整個職業生涯的信奉準則。
「如果你想要自己的科學大夢想實現，你要學會找出那些在特定的領域裡非常棒的領袖，提供他們的專業知識。這樣，你才能站到很高很高的水平。
「如果你認為你能知道所有的事情，而你只想讓榮耀、燈光照耀著你一個人，我真的、真的覺得這樣是不會成功的。
「我非常幸運的是，我從小就在蘇格蘭的小農場長大。在農場那種人際社區，人們總是在對方遭遇困難的時候給予支持。無論是收成不好的時候，還是有的家庭被可怕的病魔拜訪的時候，我們總是守望相助。所以，我腦子裡總是有這樣一條信念：你要懂得合作。
斯託達特長大的的佃戶農舍，位於蘇格蘭。圖｜西北大學
「當我在說『合作』這個術語的時候，我的意思是：我們每個人都是平等的。沒有哪個人一定比另一個人強。就好像在農場裡，無論是擠奶牛的還是農民，我們都是一樣的。沒有說哪一個工種比另一個工種高貴這樣的說法。可是，這種合作的精神好像最近的20、30年，尤其是最近的10年，至少是在西方世界，已經失落了。」
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