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諾貝爾化學獎得主
諾貝爾獎得主在各領(lǐng)域潛心耕耘，得獎那一刻的風光背后是他們數(shù)十年如一日在各自專業(yè)上的精進投入。無獨有偶，眾多諾獎得主在教育領(lǐng)域都多有思考和實踐。聚焦這一議題，跟隨諾獎得主們的經(jīng)驗，提升教育實踐智慧。
2016年諾貝爾化學獎得主揭曉!讓皮埃爾索維奇(Jean-Pierre Sauvage)，J弗雷澤斯托達特(J. Fraser Stoddart)和伯納德L費林加三位科學家因“設計和合成分子機器”2016年獲得諾貝爾化學獎。
讓-皮埃爾索維奇1944年出生于法國巴黎，現(xiàn)在任職法國斯特拉斯堡大學。J弗雷澤斯托達特1942年出生于英國愛丁堡，現(xiàn)任職美國西北大學。伯納德L費林加1951年生于荷蘭，現(xiàn)任職荷蘭格羅寧根大學。這三位科學家將各享有三分之一份額的諾貝爾化學獎。
諾貝爾化學獎是諾貝爾獎的一個獎項，由瑞典皇家科學院從1901年開始負責頒發(fā)。
二十多年來諾貝爾化學獎得主
1990年—1999年
1990年：伊萊亞斯科里(美)開發(fā)了計算機輔助有機合成的理論和方法。
1991年：理查德恩斯特(瑞士)對開發(fā)高分辨率核磁共振(NMR)的貢獻。
1992年：羅道夫阿瑟馬庫斯(美)對創(chuàng)立和發(fā)展電子轉(zhuǎn)移反應的貢獻。
1993年：凱利穆利斯(美)邁克爾史密斯(加)對DNA化學的研究，開發(fā)了聚合酶鏈鎖反應(PCR)。
1994年：喬治歐拉(美)對碳正離子化學反應的研究。
1995年：保羅克魯岑(荷)馬里奧莫利納(墨)弗蘭克羅蘭(美)對大氣化學的研究。
1996年：羅伯特苛爾(美)哈羅德沃特爾克羅托(英)理查德斯莫利(美)發(fā)現(xiàn)富勒烯。
1997年保羅博耶(美)約翰沃克爾(英)闡明了三磷酸腺苷合成酶的機理 延斯克里斯汀斯科(丹)離子傳輸酶的發(fā)現(xiàn)，鈉鉀離子泵。
1998年：沃特科恩(美)密度泛函理論的研究， 約翰波普(英)量子化學計算方法的研究。
1999年：艾哈邁德茲韋勒(美)用飛秒激光光譜對化學反應中間過程的研究。
2000年—2015年
2000年：艾倫黑格(美)艾倫麥克迪爾米德(美/新西蘭)白川英樹(日)對導電聚合物的研究。
2001年：威廉諾爾斯(美)野依良治(日)手性催化還原反應，巴里夏普萊斯(美)手性催化氧化反應。
2002年庫爾特維特里希(瑞士)約翰貝內(nèi)特芬恩(美)田中耕一(日)對生物大分子的鑒定和結(jié)構(gòu)分析方法的研究。
2003年：彼得阿格雷(美)羅德里克麥金農(nóng)(美)對細胞膜中的水通道的發(fā)現(xiàn)以及對離子通道的研究。
2004年：阿龍切哈諾沃(以)阿夫拉姆赫什科(以)歐文羅斯(美)發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)解的蛋白質(zhì)降解。
2005年：羅伯特格拉布(美)理查德施羅克(美)伊夫肖萬(法)對烯烴復分解反應的研究。
2006年：羅杰科恩伯格(美)對真核轉(zhuǎn)錄的分子基礎所作的研究。
2007年：格哈德埃特爾(德)，在“固體表面化學過程”研究中作出的貢獻。
2008年：下村修(日)、馬丁查爾菲(美)、錢永健(美)，發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白(GFP)。
2009年：萬卡特拉曼拉瑪克里斯南(英)、托馬斯斯泰茨(美)、阿達約納什(以色列)，在核糖體結(jié)構(gòu)和功能研究中做出貢獻。
2010年：理查德赫克(美)、根岸英一(日)、鈴木章(日)，發(fā)明新的連接碳原子的方法。
2012年：羅伯特萊夫科維茨(美)、布萊恩克比爾卡(美)，因“G蛋白偶聯(lián)受體研究”獲獎。
2013年：馬丁卡普拉斯(美)、邁克爾萊維特(英、美)、阿里耶瓦謝勒(美、以色列)，在開發(fā)多尺度復雜化學系統(tǒng)模型方面做出貢獻。
2014年：埃里克貝齊格(美)、威廉莫納(美)、斯特凡黑爾(德)，為發(fā)展超分辨率熒光顯微鏡做出貢獻。
2015年：托馬斯林達爾(瑞典)、保羅莫德里奇(美)、阿齊茲桑賈爾(土耳其、美)，因“DNA修復的細胞機制研究”獲獎。
造福人類的新發(fā)現(xiàn)
據(jù)統(tǒng)計，諾貝爾化學獎多次頒發(fā)給了發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)的杰出科學家，這些新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)不僅為很多化學研究打開了新的突破口，而且很大程度上在生物和生命科學等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。
01 細胞如何感知周遭環(huán)境？
細胞是生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位，對細胞的研究一直是化學家們和生物學家們不斷探索的方向。2012年諾貝爾化學獎便授予了在“G蛋白偶聯(lián)受體”方面做出突破性貢獻的美國杜克大學的羅伯特·萊夫科維茨教授和斯坦福大學的布萊恩·克比爾卡教授。這項新發(fā)現(xiàn)不僅解開了細胞如何感知周遭環(huán)境這一未解之謎，更是對理解細胞表面的“聰明受體”至關(guān)重要。
在這之前，科學家對細胞感知周圍環(huán)境的機制并不了解，僅僅是懷疑在細胞表面存在某種激素接收器，而G蛋白偶聯(lián)受體（這是一大類膜蛋白受體的統(tǒng)稱）的發(fā)現(xiàn)使人們開始逐漸了解該受體的工作機制。直至今天，大約一半的藥物都是通過G蛋白偶聯(lián)受體發(fā)揮藥效的，可以真切地感受到這項成果和我們生活息息相關(guān)，同時對除化學以外的其他學科也影響深遠。
02 是什么在修復人類的DNA?
除了細胞外，基因支配著生物的基本構(gòu)造與性能，基于前人的研究積累，2015年瑞典、美國、土耳其三位科學家托馬斯·林達爾、保羅·莫德里奇、阿齊茲·桑賈爾因從分子水平上揭示了細胞如何修復損傷的DNA以及保護遺傳信息被授予諾貝爾化學獎。這個機制的發(fā)現(xiàn)為對癌癥的研究提供了新思路，許多類型的癌癥就要歸結(jié)于這些機制的失靈，若全部機制都完好，就很難產(chǎn)生新的錯誤，癌癥就不容易發(fā)展，許多癌癥藥物都是以破壞癌細胞殘存修復機制為目標的。因此，這項研究不僅為我們了解活體細胞如何工作提供了最基本的認識，而且有助于很多實際應用如新癌癥療法的開發(fā)，為醫(yī)學領(lǐng)域帶來了突破性的價值。
03 CRISPR-Cas9基因剪刀
關(guān)于基因的研究從未止步，2022年，基于前人的研究，法國的埃曼紐爾·卡彭蒂耶和美國的詹妮弗·杜德納因在基因編輯技術(shù)方面做出巨大貢獻而被授予諾貝爾化學獎。她們發(fā)明了CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)。CRISPR-Cas9作為一種比較精準而高效的基因剪刀在各個領(lǐng)域，如生物、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、化學等方面有著廣泛的用武之地。這種基因剪刀可以用來刪除、添加、激活或抑制其他生物體的目標基因，包括人、老鼠、斑馬魚、細菌、果蠅、酵母、線蟲和農(nóng)作物細胞內(nèi)的基因，因此，它是一種用途極為廣泛的生物技術(shù)。
這項成果可以以極高的精度改變動物、植物和微生物的DNA，對生命科學研究產(chǎn)生了突破性影響，有助于研發(fā)新的癌癥療法，并可能使治愈遺傳性疾病成為現(xiàn)實，這不僅僅是基礎科學的變革，更為很多創(chuàng)新性成果的產(chǎn)生奠定了基礎。
超越化學的極限
除了那些造福人類的新發(fā)現(xiàn)外，諾貝爾化學獎也很青睞那些突破化學極限的研究，這些研究不僅加快了化學領(lǐng)域的發(fā)展，更融合物理學等多個領(lǐng)域，加速了世界科學水平的提高。
01 化學反應發(fā)生的速度堪比光速？
如何讓化學反應發(fā)生的速度堪比光速呢？2013年諾貝爾化學獎獲獎者——猶太裔美國理論化學家馬丁·卡普拉斯、美國斯坦福大學生物物理學家邁克爾·萊維特和南加州大學化學家亞利耶·瓦謝爾給出了答案。在理論方法發(fā)展和計算機技術(shù)不斷進步的推動下，三位科學家在開發(fā)多尺度復雜化學系統(tǒng)模型方面做出了巨大貢獻，他們讓經(jīng)典物理學與迥然不同的量子物理學在化學研究中“并肩作戰(zhàn)”，至此，傳統(tǒng)的化學反應走上了信息化的快車道，也宣告了化學家在使用計算機定量地研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律方面取得了重要進展。
02 光學顯微成像技術(shù)的極限
在化學領(lǐng)域，除了化學反應本身，科學家們還會不斷精進化學設備。2014年諾貝爾化學獎得主為美國科學家埃里克·白茲格，美國科學家威廉姆·艾斯科·莫爾納爾和德國科學家斯特凡·W·赫爾，他們在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域取得了非凡成就。
顯微技術(shù)可謂是化學領(lǐng)域必不可少的技術(shù)，光學顯微成像的分辨率更是直接影響著化學實驗研究的成敗，而此前光學顯微成像技術(shù)的最高分辨率一直無法超過光波波長的一半，但是借助熒光分子的幫助，這三位科學家開創(chuàng)性的貢獻使得光學顯微成像技術(shù)的極限拓展到了納米尺度�；谶@項成果，科學家們得以從微小的分子細節(jié)來研究活細胞，也推動了人類更好的從分子水平理解生命科學中的現(xiàn)象與機理。
03 如何徹底改變分子結(jié)構(gòu)？
得益于光學顯微成像技術(shù)的發(fā)展，科學家們能夠更好地觀察分子結(jié)構(gòu)。2021年，來自美國的科學家戴維·麥克米倫和德國科學家本亞明·利斯特因在不對稱有機催化方面做出了突出貢獻而獲得諾貝爾化學獎。
對于化學分子構(gòu)建這門困難且迷人的藝術(shù)，很多化學家們趨之若鶩，但如何高效快速便捷地構(gòu)建分子是眾多科學家一直探索的難題，戴維·麥克米倫和本亞明·利斯經(jīng)過不斷的探索，終于發(fā)展了一種綠色高效的催化劑去構(gòu)建化學分子。這對藥物研究以及精細化學品產(chǎn)生了巨大影響，極大地造福了人類。
跨領(lǐng)域技術(shù)的革新
技術(shù)是發(fā)展的關(guān)鍵，技術(shù)的革新是時代不斷進步的動力，諾貝爾化學獎多次在技術(shù)革新方面頒發(fā)獎項，很多實用又高效的新技術(shù)、新發(fā)明涌現(xiàn)出來，被授予了這項最高榮譽。
01 世界上最小的機器
2016年的諾貝爾化學獎得主是來自法國的讓-皮埃爾·索維奇、英國的弗雷澤·斯托達特和荷蘭的伯納德·費林加，他們在分子機器設計與合成領(lǐng)域做出了巨大貢獻。三位科學家對分子的可控運動進行了優(yōu)化，發(fā)展了世界上最小的機器，它可以是一臺微型起重機、人工肌肉和袖珍電動機，當增加能量時，分子能執(zhí)行任務。
這項成果成功開啟了分子機器的時代，為化學領(lǐng)域的微型化技術(shù)發(fā)展帶來了突破性的變革。目前，這項成果應用于分子馬達、納米火箭、分子穿梭機、納米馬達、分子行走裝置、微米火箭、分子泵和分子流水線等。以上這些成果都意味著“分子建筑師”發(fā)明的分子部件已經(jīng)成熟到了可以應用的階段。未來、分子機器還將在新材料、傳感器及儲能系統(tǒng)等多個領(lǐng)域得到廣泛應用。
02 冷凍電鏡革命
基于前人的研究，2017年，諾貝爾化學獎得主阿希姆·弗蘭克、理查德·亨德森、以及雅克·杜博歇在冷凍電子顯微鏡方面做出卓越貢獻，他們將冷凍電子顯微鏡技術(shù)簡化，并將其應用在生物分子成像方向，將那些以前無法看見的生物變化過程實現(xiàn)可視化。
這項成果不僅幫助我們更方便地研究生物分子的結(jié)構(gòu)，而且對于認識生命現(xiàn)象、開發(fā)新的藥物等方面的意義都是不言而喻的。它對我們從化學角度了解生命以及研發(fā)藥物帶來決定性的影響，將生物化學領(lǐng)域推進了新時代。
03 馴服進化的力量
冷凍電鏡革命后，2018年諾貝爾化學獎頒發(fā)給弗朗西絲·阿諾德、喬治·史密斯和格雷戈里·溫特爵士，獎勵他們研發(fā)出控制進化過程的方法、并利用這些方法造福人類。通過定向進化制造的酶可用于生產(chǎn)各類產(chǎn)品，包括生物燃料、藥品等等。利用噬菌體展示技術(shù)生產(chǎn)的抗體能夠?qū)棺泽w免疫疾病，在有些情況下甚至能治愈轉(zhuǎn)移性癌癥。
該諾獎成果的方法已經(jīng)得到全球廣泛應用，使化學界發(fā)生了革命性變化，并通過定向進化技術(shù)促進了新藥的研發(fā)，它讓化學工業(yè)變得更加綠色環(huán)保，幫助產(chǎn)生新的物質(zhì)，生產(chǎn)數(shù)量可觀的生物燃料，消除疾病，拯救生命，為人類社會創(chuàng)造了很大福祉。
04 可再充電的世界
除了生物化學領(lǐng)域，物理與化學的交叉領(lǐng)域也是科學家們不斷探索的重點。2019年的諾貝爾化學獎便授予了在鋰離子電池研發(fā)領(lǐng)域作出杰出貢獻的美國科學家約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科學家吉野彰。他們發(fā)明的輕便可攜帶電池開啟了電子設備便攜化進程。如今，這種重量輕、可充電且功能強大的電池，被用于手機、筆記本電腦、電動汽車等各個領(lǐng)域。
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