2025諾貝爾獎：物理、化學、醫學三大獎項盤點

導讀：

2025年諾貝爾獎的揭曉備受全球科學界矚目，瑞典皇家科學院和卡羅林斯卡學院分別表彰了在物理學、化學和醫學領域的杰出貢獻。化學獎授予北川進、理查德·羅布森及奧馬爾·M·亞吉，以表彰其在金屬有機框架開發上的貢獻。約翰·克拉克、麥克·H·德沃雷特和約翰·M·馬蒂尼榮獲物理學獎，以表彰他們發現的電路中宏觀量子力學隧道效應和能量量子化現象。醫學獎則由瑪麗·E·布倫科、弗雷德·拉姆斯德爾和坂口志文摘得，以表彰他們在外周免疫耐受方面的卓越發現。以下將為您盤點這三大獎項的主要成就與影響

2025年諾貝爾化學獎

瑞典皇家科學院宣布，將2025年諾貝爾化學獎授予日本京都大學北川進（Susumu Kitagawa）、澳大利亞墨爾本大學理查德·羅布森（Richard Robson）和美國加州大學伯克利分校奧馬爾·M·亞吉（Omar M. Yaghi），以表彰他們“開發金屬有機框架”。

他們的分子結構包含化學反應的空間

2025 年諾貝爾化學獎獲得者們創造了具有大空間的分子結構，氣體和其他化學物質可以通過這些空間流動。這些結構，即金屬有機框架，可用于從沙漠空氣中收集水分、捕獲二氧化碳、儲存有毒氣體或催化化學反應。

通過金屬有機框架的開發，獲獎者為化學家們提供了解決我們面臨的一些挑戰的新機會。

開發金屬有機框架

2025 年諾貝爾化學獎的獲得者們創造了具有大空間的分子結構，氣體和其他化學物質可以通過這些空間流動。這些結構，即金屬有機框架，可用于從沙漠空氣中收集水分、捕獲二氧化碳、儲存有毒氣體或催化化學反應。

北川進（Susumu Kitagawa）、理查德·羅布森（Richard Robson）和 奧馬爾·M·亞吉（Omar M. Yaghi）榮獲 2025 年諾貝爾化學獎。他們開發了一種新的分子結構形式。在他們的結構中，金屬離子作為基石，由長鏈有機（碳基）分子連接。金屬離子和分子共同組織形成含有大腔體的晶體。這些多孔材料被稱為金屬有機框架（MOF）。通過改變 MOF 中使用的構建塊，化學家可以設計它們來捕獲和儲存特定的物質。MOF 還可以驅動化學反應或導電。

“金屬有機框架具有巨大的潛力，為具有新功能的定制材料帶來了前所未有的機遇，”諾貝爾化學委員會主席 Heiner Linke 說。

這一切始于 1989 年，當時 理查德·羅布森（Richard Robson）嘗試以一種新的方式利用原子的固有屬性。他將帶正電荷的銅離子與一個四臂分子結合；這個分子的每個臂的末端都有一個吸引銅離子的化學基團。

當它們結合時，它們會鍵合形成一個有序的、寬敞的晶體。它就像一個充滿了無數腔體的鉆石。

羅布森（Robson）立即認識到他的分子結構的潛力，但它不穩定且容易崩潰。然而，北川 進（Susumu Kitagawa）和 奧馬爾·M·亞吉（Omar M. Yaghi）為這種構建方法奠定了堅實的基礎；在 1992 年至 2003 年間，他們分別進行了一系列革命性的發現。北川（Kitagawa）證明了氣體可以流入和流出這些結構，并預測 MOF 可以制成柔性的。亞吉（Yaghi）創造了一種非常穩定的 MOF，并表明可以使用合理的設計對其進行修改，從而賦予其新的和理想的性能。

在獲獎者的開創性發現之后，化學家們已經構建了數萬種不同的 MOF。其中一些可能有助于解決人類面臨的一些最大挑戰，其應用包括從水中分離 PFAS、分解環境中微量的藥物、捕獲二氧化碳或從沙漠空氣中收集水分。

北川進（Susumu Kitagawa），1951年出生于日本京都。1979年獲得日本京都大學博士學位。現任日本京都大學教授。

查德·羅布森（Richard Robson），1937年出生于英國格勒斯本。1962年獲得英國牛津大學博士學位。現為澳大利亞墨爾本大學教授。

奧馬爾·M·亞吉（Omar M. Yaghi），1965年出生于約旦安曼。1990年獲得美國伊利諾伊大學香檳分校博士學位。現為美國加州大學伯克利分校教授。

獎金金額：1100 萬瑞典克朗，由獲獎者平分

2025諾貝爾物理學獎

2025年10月7日瑞典皇家科學院決定將 2025 年諾貝爾物理學獎授予：

• 約翰·克拉克（John Clarke）美國加州大學伯克利分校

• 麥克·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）耶魯大學（康涅狄格州紐黑文）和加州大學圣巴巴拉分校（美國）

• 約翰·M·馬蒂尼（John M. Martinis）美國加州大學圣巴巴拉分校

“發現電路中的宏觀量子力學隧道效應和能量量子化”

他們在一個芯片上進行的實驗揭示了量子物理的作用。物理學中一個重要的問題是，能夠展示量子機械效應的系統最大尺寸。今年的諾貝爾獎獲得者通過一項實驗，展示了在一個可用手握住的足夠大的電路系統中，既有量子力學隧穿現象又有量子化能級。

量子力學允許粒子通過稱為隧穿的過程直接穿過障礙物。一旦涉及大量粒子，量子機械效應通常會變得微不足道。獲獎者的實驗表明，量子機械特性可以在宏觀尺度上具象化。

在1984年和1985年，約翰·克拉克（John Clarke）、麥克·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）和約翰·M·馬蒂尼（John M. Martinis）進行了一系列與超導體構建的電子電路的實驗，這些元件可以在沒有電阻的情況下導電。在電路中，超導組件被一層薄薄的非導電材料分開，這種設置被稱為約瑟夫森結（Josephson junction）。通過精煉和測量電路的各種特性，他們能夠控制和探索在電流通過時出現的現象。流動在超導體中的帶電粒子組成了一個在整體上表現得像是填滿整個電路的單一粒子系統。

這個宏觀粒子狀系統最初處于一種狀態，在這種狀態下電流可以在沒有任何電壓的情況下流動。該系統被困在這個狀態中，就像是在一個它無法跨越的障礙后面。在實驗中，系統顯示出它的量子特性，成功地通過隧穿逃逸出零電壓狀態。系統狀態的變化通過電壓的出現而被檢測到。

獲獎者們還展示了該系統以量子力學預測的方式行為，它是量子化的，這意味著它只吸收或發出特定量的能量。

“能慶祝一個世紀前的量子力學不斷帶來新的驚喜，這真是太美妙了。此外，量子力學作為所有數字技術的基礎，也極其有用，”諾貝爾物理學委員會主席奧爾勒·埃里克松（Olle Eriksson）說。

計算機微芯片中的晶體管就是周圍已建立的量子技術的一個例子。今年的諾貝爾物理學獎為開發下一代量子技術提供了機會，包括量子密碼學、量子計算機和量子傳感器。

約翰·克拉克（John Clarke）1942年出生于英國劍橋。1968年獲英國劍橋大學博士學位。美國加州大學伯克利分校教授。

麥克·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）1953年出生于法國巴黎。1982年獲法國巴黎第十一大學博士學位。現任耶魯大學（康涅狄格州紐黑文）和加州大學（圣巴巴拉）教授。

約翰·M·馬蒂尼（John M. Martinis）1958年生。1987年獲美國加州大學伯克利分校博士學位。現為美國加州大學圣巴巴拉分校教授。

獎金金額：1100萬瑞典克朗，由獲獎者平分。

2025年諾貝爾生理學或醫學獎

卡羅林斯卡學院的諾貝爾大會已決定將2025年諾貝爾生理學或醫學獎授予瑪麗·E·布倫科(Mary E. Brunkow)、弗雷德·拉姆斯德爾(Fred Ramsdell)和坂口志文(Shimon Sakaguchi)，以表彰他們在外周免疫耐受方面的發現。

他們識別出了免疫系統的“安全衛士”——調節性T細胞，這一發現奠定了一個全新的研究領域。這些發現還推動了潛在醫學治療方法的發展，目前這些方法正處于臨床試驗階段。人們希望能夠治療或治愈自身免疫疾病，提供更有效的癌癥治療，并防止干細胞移植后的嚴重并發癥。

“關于外周免疫耐受的發現”

他們發現了免疫系統是如何受到控制的人體強大的免疫系統必須得到調節，否則它可能會攻擊我們自身的器官。瑪麗·E·布倫科、弗雷德·拉姆斯德爾和坂口志文因其在外周免疫耐受方面的突破性發現而榮獲2025年諾貝爾生理學或醫學獎，該研究旨在防止免疫系統損害人體。

每天，我們的免疫系統都在保護我們免受成千上萬種試圖入侵我們身體的微生物的侵害。這些微生物的外觀各不相同，許多微生物甚至進化出與人體細胞相似的外形，作為一種偽裝。那么，免疫系統是如何決定應該攻擊什么、防御什么的呢？

瑪麗·布倫科、弗雷德·拉姆斯德爾和坂口志文因其在外周免疫耐受方面的開創性發現，榮獲2025年諾貝爾生理學或醫學獎。獲獎者發現了免疫系統的“保鏢”——調節性T細胞，它可以阻止免疫細胞攻擊人體自身。

諾貝爾委員會主席奧勒·坎佩 (Olle K?mpe) 表示：“他們的發現對于我們理解免疫系統如何運作以及為什么我們并非都會患上嚴重的自身免疫性疾病具有決定性作用。”

1995年，坂口志文（Shimon Sakaguchi）逆流而上，做出了第一個關鍵發現。當時，許多研究人員認為，免疫耐受的產生僅僅是由于胸腺中潛在的有害免疫細胞通過一個被稱為“中樞耐受”的過程被清除。坂口志文揭示了免疫系統的復雜性，并發現了一類此前未知的免疫細胞，它們可以保護人體免受自身免疫性疾病的侵害。

2001年，瑪麗·布倫科（Mary Brunkow）和弗雷德·拉姆斯德爾（Fred Ramsdell）取得了另一項重要發現，解釋了為什么一種特定小鼠品系特別容易患自身免疫性疾病。他們發現，這些小鼠體內一個名為Foxp3的基因發生了突變。他們還發現，該基因在人類中對應的突變會導致一種嚴重的自身免疫性疾病——IPEX。

兩年后，坂口志文（Shimon Sakaguchi）將這些發現聯系起來。他證明了Foxp3基因控制著他在1995年發現的細胞的發育。這些細胞現在被稱為調節性T細胞，它們負責監測其他免疫細胞，并確保我們的免疫系統能夠耐受我們自身的組織。

兩位獲獎者的發現開創了外周耐受領域，推動了癌癥和自身免疫性疾病治療的發展。這也可能帶來更多移植的成功率。其中一些療法目前正在進行臨床試驗。

瑪麗·E·布倫科(Mary E. Brunkow)，1961年生。美國普林斯頓大學博士。美國西雅圖系統生物學研究所高級項目經理。

弗雷德·拉姆斯德爾(Fred Ramsdell)，1960年生。1987年獲美國加州大學洛杉磯分校博士學位。現擔任美國舊金山索諾瑪生物治療公司科學顧問。

坂口志文(Shimon Sakaguchi)，1951年生。1976年獲日本京都大學醫學博士，1983年獲日本京都大學哲學博士學位。日本大阪大學免疫學前沿研究中心特聘教授。

獎金總額：1100萬瑞典克朗，由獲獎者平分。

文章來源：公眾號“科學文化傳播”

圖源網絡侵刪