2025諾貝爾獎(jiǎng)：物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)三大獎(jiǎng)項(xiàng)盤點(diǎn)

導(dǎo)讀：

2025年諾貝爾獎(jiǎng)的揭曉備受全球科學(xué)界矚目，瑞典皇家科學(xué)院和卡羅林斯卡學(xué)院分別表彰了在物理學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)。化學(xué)獎(jiǎng)授予北川進(jìn)、理查德·羅布森及奧馬爾·M·亞吉，以表彰其在金屬有機(jī)框架開發(fā)上的貢獻(xiàn)。約翰·克拉克、麥克·H·德沃雷特和約翰·M·馬蒂尼榮獲物理學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們發(fā)現(xiàn)的電路中宏觀量子力學(xué)隧道效應(yīng)和能量量子化現(xiàn)象。醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)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(fā)現(xiàn)。以下將為您盤點(diǎn)這三大獎(jiǎng)項(xiàng)的主要成就與影響

2025年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

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

他們的分子結(jié)構(gòu)包含化學(xué)反應(yīng)的空間

2025 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者們創(chuàng)造了具有大空間的分子結(jié)構(gòu)，氣體和其他化學(xué)物質(zhì)可以通過這些空間流動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)，即金屬有機(jī)框架，可用于從沙漠空氣中收集水分、捕獲二氧化碳、儲(chǔ)存有毒氣體或催化化學(xué)反應(yīng)。

通過金屬有機(jī)框架的開發(fā)，獲獎(jiǎng)?wù)邽榛瘜W(xué)家們提供了解決我們面臨的一些挑戰(zhàn)的新機(jī)會(huì)。

開發(fā)金屬有機(jī)框架

2025 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者們創(chuàng)造了具有大空間的分子結(jié)構(gòu)，氣體和其他化學(xué)物質(zhì)可以通過這些空間流動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)，即金屬有機(jī)框架，可用于從沙漠空氣中收集水分、捕獲二氧化碳、儲(chǔ)存有毒氣體或催化化學(xué)反應(yīng)。

北川進(jìn)（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(xué)獎(jiǎng)。他們開發(fā)了一種新的分子結(jié)構(gòu)形式。在他們的結(jié)構(gòu)中，金屬離子作為基石，由長鏈有機(jī)（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(jī)框架（MOF）。通過改變 MOF 中使用的構(gòu)建塊，化學(xué)家可以設(shè)計(jì)它們來捕獲和儲(chǔ)存特定的物質(zhì)。MOF 還可以驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)或?qū)щ姟?/p>

“金屬有機(jī)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(jī)遇，”諾貝爾化學(xué)委員會(huì)主席 Heiner Linke 說。

這一切始于 1989 年，當(dāng)時(shí) 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(gè)四臂分子結(jié)合；這個(gè)分子的每個(gè)臂的末端都有一個(gè)吸引銅離子的化學(xué)基團(tuán)。

當(dāng)它們結(jié)合時(shí)，它們會(huì)鍵合形成一個(gè)有序的、寬敞的晶體。它就像一個(gè)充滿了無數(shù)腔體的鉆石。

羅布森（Robson）立即認(rèn)識(shí)到他的分子結(jié)構(gòu)的潛力，但它不穩(wěn)定且容易崩潰。然而，北川 進(jìn)（Susumu Kitagawa）和 奧馬爾·M·亞吉（Omar M. Yaghi）為這種構(gòu)建方法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；在 1992 年至 2003 年間，他們分別進(jìn)行了一系列革命性的發(fā)現(xiàn)。北川（Kitagawa）證明了氣體可以流入和流出這些結(jié)構(gòu)，并預(yù)測 MOF 可以制成柔性的。亞吉（Yaghi）創(chuàng)造了一種非常穩(wěn)定的 MOF，并表明可以使用合理的設(shè)計(jì)對其進(jìn)行修改，從而賦予其新的和理想的性能。

在獲獎(jiǎng)?wù)叩拈_創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)之后，化學(xué)家們已經(jīng)構(gòu)建了數(shù)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(zhàn)，其應(yīng)用包括從水中分離 PFAS、分解環(huán)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(jìn)（Susumu Kitagawa），1951年出生于日本京都。1979年獲得日本京都大學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)任日本京都大學(xué)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(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)為澳大利亞墨爾本大學(xué)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(xué)香檳分校博士學(xué)位。現(xiàn)為美國加州大學(xué)伯克利分校教授。

獎(jiǎng)金金額：1100 萬瑞典克朗，由獲獎(jiǎng)?wù)咂椒?/p>

2025諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

2025年10月7日瑞典皇家科學(xué)院決定將 2025 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予：

• 約翰·克拉克（John Clarke）美國加州大學(xué)伯克利分校

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

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

“發(fā)現(xiàn)電路中的宏觀量子力學(xué)隧道效應(yīng)和能量量子化”

他們在一個(gè)芯片上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)揭示了量子物理的作用。物理學(xué)中一個(gè)重要的問題是，能夠展示量子機(jī)械效應(yīng)的系統(tǒng)最大尺寸。今年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者通過一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，展示了在一個(gè)可用手握住的足夠大的電路系統(tǒng)中，既有量子力學(xué)隧穿現(xiàn)象又有量子化能級(jí)。

量子力學(xué)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(jī)械效應(yīng)通常會(huì)變得微不足道。獲獎(jiǎng)?wù)叩膶?shí)驗(yàn)表明，量子機(jī)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(jìn)行了一系列與超導(dǎo)體構(gòu)建的電子電路的實(shí)驗(yàn)，這些元件可以在沒有電阻的情況下導(dǎo)電。在電路中，超導(dǎo)組件被一層薄薄的非導(dǎo)電材料分開，這種設(shè)置被稱為約瑟夫森結(jié)（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(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。流動(dòng)在超導(dǎo)體中的帶電粒子組成了一個(gè)在整體上表現(xiàn)得像是填滿整個(gè)電路的單一粒子系統(tǒng)。

這個(gè)宏觀粒子狀系統(tǒng)最初處于一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下電流可以在沒有任何電壓的情況下流動(dòng)。該系統(tǒng)被困在這個(gè)狀態(tài)中，就像是在一個(gè)它無法跨越的障礙后面。在實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)顯示出它的量子特性，成功地通過隧穿逃逸出零電壓狀態(tài)。系統(tǒng)狀態(tài)的變化通過電壓的出現(xiàn)而被檢測到。

獲獎(jiǎng)?wù)邆冞€展示了該系統(tǒng)以量子力學(xué)預(yù)測的方式行為，它是量子化的，這意味著它只吸收或發(fā)出特定量的能量。

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

計(jì)算機(jī)微芯片中的晶體管就是周圍已建立的量子技術(shù)的一個(gè)例子。今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)為開發(fā)下一代量子技術(shù)提供了機(jī)會(huì)，包括量子密碼學(xué)、量子計(jì)算機(jī)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(xué)博士學(xué)位。美國加州大學(xué)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(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)任耶魯大學(xué)（康涅狄格州紐黑文）和加州大學(xué)（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(xué)伯克利分校博士學(xué)位。現(xiàn)為美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校教授。

獎(jiǎng)金金額：1100萬瑞典克朗，由獲獎(jiǎng)?wù)咂椒帧?/p>

2025年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

卡羅林斯卡學(xué)院的諾貝爾大會(huì)已決定將2025年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)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(fā)現(xiàn)。

他們識(shí)別出了免疫系統(tǒng)的“安全衛(wèi)士”——調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，這一發(fā)現(xiàn)奠定了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。這些發(fā)現(xiàn)還推動(dòng)了潛在醫(yī)學(xué)治療方法的發(fā)展，目前這些方法正處于臨床試驗(yàn)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(xì)胞移植后的嚴(yán)重并發(fā)癥。

“關(guān)于外周免疫耐受的發(fā)現(xiàn)”

他們發(fā)現(xiàn)了免疫系統(tǒng)是如何受到控制的人體強(qiáng)大的免疫系統(tǒng)必須得到調(diào)節(jié)，否則它可能會(huì)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(fā)現(xiàn)而榮獲2025年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，該研究旨在防止免疫系統(tǒng)損害人體。

每天，我們的免疫系統(tǒng)都在保護(hù)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(jìn)化出與人體細(xì)胞相似的外形，作為一種偽裝。那么，免疫系統(tǒng)是如何決定應(yīng)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(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，榮獲2025年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)?wù)甙l(fā)現(xiàn)了免疫系統(tǒng)的“保鏢”——調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，它可以阻止免疫細(xì)胞攻擊人體自身。

諾貝爾委員會(huì)主席奧勒·坎佩 (Olle K?mpe) 表示：“他們的發(fā)現(xiàn)對于我們理解免疫系統(tǒng)如何運(yùn)作以及為什么我們并非都會(huì)患上嚴(yán)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(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，許多研究人員認(rèn)為，免疫耐受的產(chǎn)生僅僅是由于胸腺中潛在的有害免疫細(xì)胞通過一個(gè)被稱為“中樞耐受”的過程被清除。坂口志文揭示了免疫系統(tǒng)的復(fù)雜性，并發(fā)現(xiàn)了一類此前未知的免疫細(xì)胞，它們可以保護(hù)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(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，這些小鼠體內(nèi)一個(gè)名為Foxp3的基因發(fā)生了突變。他們還發(fā)現(xiàn)，該基因在人類中對應(yīng)的突變會(huì)導(dǎo)致一種嚴(yán)重的自身免疫性疾病——IPEX。

兩年后，坂口志文（Shimon Sakaguchi）將這些發(fā)現(xiàn)聯(lián)系起來。他證明了Foxp3基因控制著他在1995年發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞的發(fā)育。這些細(xì)胞現(xiàn)在被稱為調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，它們負(fù)責(zé)監(jiān)測其他免疫細(xì)胞，并確保我們的免疫系統(tǒng)能夠耐受我們自身的組織。

兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了外周耐受領(lǐng)域，推動(dòng)了癌癥和自身免疫性疾病治療的發(fā)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(jìn)行臨床試驗(yàn)。

瑪麗·E·布倫科(Mary E. Brunkow)，1961年生。美國普林斯頓大學(xué)博士。美國西雅圖系統(tǒng)生物學(xué)研究所高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理。

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

坂口志文(Shimon Sakaguchi)，1951年生。1976年獲日本京都大學(xué)醫(yī)學(xué)博士，1983年獲日本京都大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。日本大阪大學(xué)免疫學(xué)前沿研究中心特聘教授。

獎(jiǎng)金總額：1100萬瑞典克朗，由獲獎(jiǎng)?wù)咂椒帧?/p>

文章來源：公眾號(hào)“科學(xué)文化傳播”

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