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諾貝爾化學(xué)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(fēng)光背后是他們數十年如一日在各自專(zhuān)業(yè)上的精進(jìn)投入。無(wú)獨有偶，眾多諾獎得主在教育領(lǐng)域都多有思考和實(shí)踐。聚焦這一議題，跟隨諾獎得主們的經(jīng)驗，提升教育實(shí)踐智慧。
2016年諾貝爾化學(xué)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(xué)家因“設計和合成分子機器”2016年獲得諾貝爾化學(xué)獎。
讓-皮埃爾索維奇1944年出生于法國巴黎，現在任職法國斯特拉斯堡大學(xué)。J弗雷澤斯托達特1942年出生于英國愛(ài)丁堡，現任職美國西北大學(xué)。伯納德L費林加1951年生于荷蘭，現任職荷蘭格羅寧根大學(xué)。這三位科學(xué)家將各享有三分之一份額的諾貝爾化學(xué)獎。
諾貝爾化學(xué)獎是諾貝爾獎的一個(gè)獎項，由瑞典皇家科學(xué)院從1901年開(kāi)始負責頒發(fā)。
二十多年來(lái)諾貝爾化學(xué)獎得主
1990年—1999年
1990年：伊萊亞斯科里(美)開(kāi)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(kāi)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(xué)的研究，開(kāi)發(fā)了聚合酶鏈鎖反應(PCR)。
1994年：?jiǎn)讨螝W拉(美)對碳正離子化學(xué)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(xué)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，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(xué)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(xué)反應中間過(guò)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(shù)(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)約翰貝內特芬恩(美)田中耕一(日)對生物大分子的鑒定和結構分析方法的研究。
2003年：彼得阿格雷(美)羅德里克麥金農(美)對細胞膜中的水通道的發(fā)現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)現了泛素調解的蛋白質(zhì)降解。
2005年：羅伯特格拉布(美)理查德施羅克(美)伊夫肖萬(wàn)(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(xué)過(guò)程”研究中作出的貢獻。
2008年：下村修(日)、馬丁查爾菲(美)、錢(qián)永健(美)，發(fā)現并發(fā)展了綠色熒光蛋白(GFP)。
2009年：萬(wàn)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)，在核糖體結構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(kāi)發(fā)多尺度復雜化學(xué)系統模型方面做出貢獻。
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(lèi)的新發(fā)現
據統計，諾貝爾化學(xué)獎多次頒發(fā)給了發(fā)現新物質(zhì)的杰出科學(xué)家，這些新物質(zhì)的發(fā)現不僅為很多化學(xué)研究打開(kāi)了新的突破口，而且很大程度上在生物和生命科學(xué)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構和功能單位，對細胞的研究一直是化學(xué)家們和生物學(xué)家們不斷探索的方向。2012年諾貝爾化學(xué)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(xué)的羅伯特·萊夫科維茨教授和斯坦福大學(xué)的布萊恩·克比爾卡教授。這項新發(fā)現不僅解開(kāi)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(xué)家對細胞感知周?chē)h(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(lèi)膜蛋白受體的統稱(chēng)）的發(fā)現使人們開(kāi)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(guò)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(shí)對除化學(xué)以外的其他學(xué)科也影響深遠。
02 是什么在修復人類(lèi)的DNA?
除了細胞外，基因支配著(zhù)生物的基本構造與性能，基于前人的研究積累，2015年瑞典、美國、土耳其三位科學(xué)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(xué)獎。這個(gè)機制的發(fā)現為對癌癥的研究提供了新思路，許多類(lèi)型的癌癥就要歸結于這些機制的失靈，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(shí)際應用如新癌癥療法的開(kāi)發(fā)，為醫學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了突破性的價(jià)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(xué)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(gè)領(lǐng)域，如生物、醫學(xué)、農業(yè)、化學(xué)等方面有著(zhù)廣泛的用武之地。這種基因剪刀可以用來(lái)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(yú)、細菌、果蠅、酵母、線(xiàn)蟲(chóng)和農作物細胞內的基因，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(dòng)物、植物和微生物的DNA，對生命科學(xué)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實(shí)，這不僅僅是基礎科學(xué)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(xué)的極限
除了那些造福人類(lèi)的新發(fā)現外，諾貝爾化學(xué)獎也很青睞那些突破化學(xué)極限的研究，這些研究不僅加快了化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，更融合物理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，加速了世界科學(xué)水平的提高。
01 化學(xué)反應發(fā)生的速度堪比光速？
如何讓化學(xué)反應發(fā)生的速度堪比光速呢？2013年諾貝爾化學(xué)獎獲獎?wù)摺q太裔美國理論化學(xué)家馬丁·卡普拉斯、美國斯坦福大學(xué)生物物理學(xué)家邁克爾·萊維特和南加州大學(xué)化學(xué)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(jìn)步的推動(dòng)下，三位科學(xué)家在開(kāi)發(fā)多尺度復雜化學(xué)系統模型方面做出了巨大貢獻，他們讓經(jīng)典物理學(xué)與迥然不同的量子物理學(xué)在化學(xué)研究中“并肩作戰”，至此，傳統的化學(xué)反應走上了信息化的快車(chē)道，也宣告了化學(xué)家在使用計算機定量地研究物質(zhì)結構和運動(dòng)規律方面取得了重要進(jìn)展。
02 光學(xué)顯微成像技術(shù)的極限
在化學(xué)領(lǐng)域，除了化學(xué)反應本身，科學(xué)家們還會(huì )不斷精進(jìn)化學(xué)設備。2014年諾貝爾化學(xué)獎得主為美國科學(xué)家埃里克·白茲格，美國科學(xué)家威廉姆·艾斯科·莫爾納爾和德國科學(xué)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(xué)領(lǐng)域必不可少的技術(shù)，光學(xué)顯微成像的分辨率更是直接影響著(zhù)化學(xué)實(shí)驗研究的成敗，而此前光學(xué)顯微成像技術(shù)的最高分辨率一直無(wú)法超過(guò)光波波長(cháng)的一半，但是借助熒光分子的幫助，這三位科學(xué)家開(kāi)創(chuàng )性的貢獻使得光學(xué)顯微成像技術(shù)的極限拓展到了納米尺度�；谶@項成果，科學(xué)家們得以從微小的分子細節來(lái)研究活細胞，也推動(dòng)了人類(lèi)更好的從分子水平理解生命科學(xué)中的現象與機理。
03 如何徹底改變分子結構？
得益于光學(xué)顯微成像技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們能夠更好地觀(guān)察分子結構。2021年，來(lái)自美國的科學(xué)家戴維·麥克米倫和德國科學(xué)家本亞明·利斯特因在不對稱(chēng)有機催化方面做出了突出貢獻而獲得諾貝爾化學(xué)獎。
對于化學(xué)分子構建這門(mén)困難且迷人的藝術(shù)，很多化學(xué)家們趨之若鶩，但如何高效快速便捷地構建分子是眾多科學(xué)家一直探索的難題，戴維·麥克米倫和本亞明·利斯經(jīng)過(guò)不斷的探索，終于發(fā)展了一種綠色高效的催化劑去構建化學(xué)分子。這對藥物研究以及精細化學(xué)品產(chǎn)生了巨大影響，極大地造福了人類(lèi)。
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(shí)代不斷進(jìn)步的動(dòng)力，諾貝爾化學(xué)獎多次在技術(shù)革新方面頒發(fā)獎項，很多實(shí)用又高效的新技術(shù)、新發(fā)明涌現出來(lái)，被授予了這項最高榮譽(yù)。
01 世界上最小的機器
2016年的諾貝爾化學(xué)獎得主是來(lái)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(xué)家對分子的可控運動(dòng)進(jìn)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(dòng)機，當增加能量時(shí)，分子能執行任務(wù)。
這項成果成功開(kāi)啟了分子機器的時(shí)代，為化學(xué)領(lǐng)域的微型化技術(shù)發(fā)展帶來(lái)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(xiàn)等。以上這些成果都意味著(zhù)“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(lái)、分子機器還將在新材料、傳感器及儲能系統等多個(gè)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(xué)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(jiǎn)化，并將其應用在生物分子成像方向，將那些以前無(wú)法看見(jiàn)的生物變化過(guò)程實(shí)現可視化。
這項成果不僅幫助我們更方便地研究生物分子的結構，而且對于認識生命現象、開(kāi)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(xué)角度了解生命以及研發(fā)藥物帶來(lái)決定性的影響，將生物化學(xué)領(lǐng)域推進(jìn)了新時(shí)代。
03 馴服進(jìn)化的力量
冷凍電鏡革命后，2018年諾貝爾化學(xué)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(jìn)化過(guò)程的方法、并利用這些方法造福人類(lèi)。通過(guò)定向進(jìn)化制造的酶可用于生產(chǎn)各類(lèi)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)的抗體能夠對抗自體免疫疾病，在有些情況下甚至能治愈轉移性癌癥。
該諾獎成果的方法已經(jīng)得到全球廣泛應用，使化學(xué)界發(fā)生了革命性變化，并通過(guò)定向進(jìn)化技術(shù)促進(jìn)了新藥的研發(fā)，它讓化學(xué)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)數量可觀(guān)的生物燃料，消除疾病，拯救生命，為人類(lèi)社會(huì )創(chuàng )造了很大福祉。
04 可再充電的世界
除了生物化學(xué)領(lǐng)域，物理與化學(xué)的交叉領(lǐng)域也是科學(xué)家們不斷探索的重點(diǎn)。2019年的諾貝爾化學(xué)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(xué)家約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科學(xué)家吉野彰。他們發(fā)明的輕便可攜帶電池開(kāi)啟了電子設備便攜化進(jìn)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(dòng)汽車(chē)等各個(gè)領(lǐng)域。
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