世界上最小的机器 | 2016年诺贝尔化学奖授予“分子发动机”

来源：原理公众号（principia1687），作者：大大

There's Plenty of Room at the Bottom.

——Richard Feynman

2016年诺贝尔化学奖获得者为：Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart 和Bernard L. Feringa，以表彰他们对“分子机器的设计和合成”做出的贡献。这次的诺贝尔化学奖终于颁给了化学家！

为了清楚地了解分子机器，故事要从我最喜欢的物理学家——费恩曼说起。

1984年，诺贝尔奖得主理查德·费恩曼在他那场著名的演讲的开头问道：“你能够制造出多少的机器？”。这个问题是基于他在1959年对纳米技术发展的预测而提出来的。当时，赤脚、穿着一件粉色polo以及米色短裤的费恩曼转向现场的听众问道：“现在我们来谈谈，制造极其微小的、有可移动部件的机器的可能性。”

费恩曼坚信在纳米尺度设计出这样一种机器是有可能的。因为在自然界中已经有这样的例子存在。他以细菌的鞭毛为例，由大分子组成的螺旋形外形，当它旋转起来的时后，就能驱动细菌前进。但是，人类是否也有可能用他们“巨大”的双手制造出那种极小的，必须依靠电子显微镜才能观察的微型机器呢？

1959年12月29日，费恩曼在加州理工的一次演讲上首次提出了“纳米科技”的概念。

【展望未来：分子机器将在未来25-30年内出现】

有一种可能的设想是我们先制造一双比我们自身的手更小的机械手，然后用这双机械手再制造更小的机械手，以此类推，直到这双手足够小，从而能够设计同样微小的机器。费恩曼在演讲中说，这一设想曾经尝试过，但是没有成功。

其实，费恩曼对另一种策略更有信心，那就是从下往上逐渐组装这种微型机器。在他的理论构建中，不同的物质，比如硅，被逐层喷洒在表面上，一层原子叠着另一层原子。随后，将其中的某些层溶解或去除掉，如此便能够创造出某种能够用电流驱动的活动部件。在费曼对未来的憧憬中，这种构建方式可以用来设计微型相机的光阀。

费恩曼在这场演讲中的目的是想启发在场听众中的研究人员，激发他们去尝试他们能够做到的极限。当费恩曼最后合上他的讲义结束演讲的时候，他淘气地说：“…请各位好好享受重新设计一切生活中那些熟悉机器的美好时光吧，看看你能否做到。再过25~30年，这一技术将会展现它的实用价值。但它具体是什么样？我不知道。”

当时，费恩曼以及当时在场听众中的研究人员并不知道，其实通往分子机器道路的第一步已经迈出了，只是它不是以费恩曼所预想的那种方式发展。

对费恩曼在1984年那次的演讲视频有兴趣的读者，强烈建议上网搜 “Richard Feynman Tiny Machines Nanotechnology Lecture” 。

【机械锁定的分子】

在20世纪中，作为开发更复杂分子结构努力的一部分，化学家们开始合成一些分子链，其中一些环装分子被连接到了一起。成功做到这一点的人不仅将创造出一种美妙的全新分子，还创造出一种全新的化学键。通常，分子是由强共价键（covalent bonds）牢牢地连接在一起，相邻原子之间会共享电子。化学家的梦想是创造出一种机械键（mechanical bonds），它可以将分子机械锁定，而原子之间并不发生直接相互作用。

在1950~1960年代，几个研究小组都宣称他们在实验室中合成了分子链，他们产生的量非常少，而且采用的方法也极为复杂，所以其应用价值非常有限。因此，这样的进展更多的被视作是一种对好奇心的满足，而非化学进展。经历数年的停滞后，很多人开始放弃希望，从1980年代开始，整个研究领域开始陷入低迷。这样的情况并未持续很久，因为1983年出现了一项突破性的进展。法国化学家Jean-Pierre Sauvage 领衔的一个研究小组，利用普通的铜离子，掌握了对分子的控制技术。

Jean-Pierre Sauvage利用铜离子的机械键将分子互相锁定。

【锁住分子的铜原子】

在研究工作中时常会出现这样的情况，一个突然的灵感往往来自一个完全不相关的领域。Jean-Pierre Sauvage的研究方向是光化学领域，在该领域的化学家们关心的是合成某种分子化合物，希望其能够捕获太阳光中的能量并利用这些能量来驱动化学反应过程。当Jean-Pierre Sauvage建立起一种光化学的活性化学物的模型之后，他突然之间意识到这类分子与分子链之间存在的相似性：两个分子围绕一个中间的铜离子交缠在一起。

Jean-Pierre Sauvage。（© Catherine Schroeder）

这一洞察使Jean-Pierre Sauvage的研究方向发生了重大转折。利用他的光化学化合物模型，他的研究小组创建出一种环状以及一类新月状分子，并使其被铜离子吸引；铜离子像粘合剂一样，将两个分子连接在一起。接着，研究小组利用化学方法将另外一个新月状分子粘合上去，从而用两个新月状结构拼接成一个新的圆形分子，如此便得到了环形分子链中的第一个环。然后研究小组将铜离子移走，因为后者已经完成了自己的使命。

化学家最关心的是反应效率：起初的分子数量与最后合成得到的目标分子数量之间的比值。在此前的研究中，这样的比值一直很不理想，一般只能达到几个百分点。但借助铜离子的帮助，Sauvage将这一效率提升到了42%！突然之间，分子链的研究已不再只是满足好奇心的领域了。

借助这一革命性的方法，Jean-Pierre Sauvage重新为拓扑化学（topological chemistry）的研究注入了新的活力。拓扑化学领域的化学家的主要工作是将分子不断相互缠绕锁定（通常需要借助金属离子的帮助），构建越来越复杂的结构，从长分子链条到复杂的环节结构。Jean-Pierre Sauvage 和 J. Fraser Stoddart（我们很快就会提到他） 是这一领域的领军人物，他们的研究小组合成了许多文化符号，比如三叶形纽结、所罗门结或博罗梅安环（下图）。

a. 三叶结构分子；b.博罗梅安环；c.所罗门结分子。

但是，今年的诺贝尔化学奖的获奖成果并非这种美丽结构的合成，而是分子机械。

【......迈向分子马达的第一步】

Jean-Pierre Sauvage很快便意识到分子链（称为索烃：catenanes）并非仅仅是一种新型的分子，实际上他已经迈出了通往构建分子机器的第一步。为了让机器能够实现其功能，它必须包含数个能够相互协调工作的部件。而两个相互勾住的分子环可以满足这一条件。在1994年，Jean-Pierre Sauvage的研究小组成功合成出一种索烃，其中的一个分子环是可以以受控方式旋转，当施加能量时，它会围绕另一个环转动。这是非生物分子机器的第一个雏形。

分子机器的第二个雏形则是由一个在苏格兰的一片没有电力供应也没有任何现代设施的偏远农场上长大的化学家完成的。

【环环相扣】

J. Fraser Stoddart。（© BBC）

当J. Fraser Stoddart还是个孩子时，他家里没有电视和电脑。他唯一的娱乐就是拼图玩具，这样的经历锻炼了他日后作为一名化学家的必须能力：辩论形状，并判断它们之间可以如何组合。他还被化学所所吸引，那就是可以成为分子艺术家——塑造出世界上从来没有人见过形状。

当Fraser Stoddart做出让他获得2016年诺贝尔奖的成果的同时，他同时也在利用化学性质创造能够相互吸引的分子方面取得进展。在1991年，他的团队制造了一个开放且缺乏电子的分子环，以及一个长长的分子柱状物（或“轴”），这根轴上有两处是电子富余的。当这两个分子在溶液中相遇时，缺乏电子的会被富余电子的吸引，于是环被套进了轴上。下一步，他们封闭了开放的分子环，让环不会掉下。这样他们以高产率得到了一类被称作“轮烷”（rotaxane）的分子：一个环状分子以机械作用套在一个轴上。

受控的分子梭子。

随后，Fraser Stoddart利用了分子环能在轴上自由移动的特点。当他对该结构加热时，分子环开始在富余电子的轴两端之间前窜后跳，就像一个微型的梭子（上图）。在1994年，Fraser Stoddart做到了对其运动状态的完全控制，从而打破了化学体系中原先占据主导的随机性。

接下来斯托达特利用了环能在轴上移动的特性。加热时，环会在轴的两个富电子部分之间前窜后跳——就像一个微型梭。1994年，他们做到了完全控制其运动，使得它不再像置于其他化学系统中那样只会自由随机移动。

下面是Fraser Stoddart在2008年讨论纳米科技基本原理的短视频：

【电梯，肌肉和mini芯片】

自1994年始，Stoddart的研究小组就使用各种轮烷来构建多种分子机器，包括电梯（2004年，下图），它可以将自己从表面上升高0.7纳米，以及人造肌肉（2005年），其中轮烷能把一块非常薄的金箔掰弯。

分子电梯。

Stoddart还和其他研究者合作开发了一种基于轮烷的计算机芯片（包含20kB的内存）。现今计算机芯片中的晶体管都十分微小，但是和基于分子的芯片一比就显得很大了。研究者相信分子计算机芯片能够像硅片晶体管曾经铸就的辉煌一样，给计算机技术带来一次新的革命。

Jean-Pierre Sauvage也在研究轮烷的潜力。在2000年，他的团队成功地将两个环形分子串到了一起，形成了一个弹性结构，有点像人体肌肉中的细丝（下图）。他们还建造了一种类似马达的东西，轮烷的圈在各个方向上轮流旋转。

分子肌肉。

在分子工程中，一个重要的目标是要制造出一个能够在同一方向上持续旋转的马达。在1990年代，该领域的研究者们作出了许多不同的尝试，但是最先冲过终线的是荷兰人Bernard (Ben) L. Feringa。

【第一个分子马达】

与Fraser Stoddart一样，Ben Feringa从小就在农场长大，后来被拥有无限创造机会的化学所吸引。正如他在一次采访中所说的：“也许化学的力量不仅仅是理解，还有创造，创造那些从未存在过的分子和物质……”

Ben Feringa。（© Univgroningen）

在1999年，当Ben Feringa制造出第一个分子马达时，他利用了一些巧妙的技巧让它在同一个方向旋转。通常情况下，分子的运动受随机性所支配；平均而言，一个旋转的分子向右和向左移动的次数是相同的。但是，Ben Feringa设计的分子马达在机械构造上能向一个特定的方向旋转（下图）。

第一个分子马达的设计，它在机械构造上能在一个特定的方向旋转。

该分子的组成物质可以被比作两个小的动叶片，两个脂肪化学结构与两个碳原子之间的双键相连接。一个甲基组被附加到每个动叶片上，这些动叶片像棘轮一样，迫使分子以同一方向旋转。当分子被暴露在紫外线光（UV）的脉冲下，一个动叶片围绕中间的双键跳了180度。然后，棘轮移动到指定位置。随着下一个光脉冲的带来，动叶片又跳了180度。持续下去，分子马达就会朝同一个方向旋转。

四轮分子纳米汽车。

第一部马达的运动速度并不快，但Feringa的团队对其进行了优化。2014年，其转速度达到了每秒1200万转。2011年，研究小组制造了一款四驱纳米汽车，一个分子底盘安装了四个马达。当轮子旋转时，汽车会在表面向会前行。

【旋转小玻璃缸的分子马达】

在另一个激动人心的实验中，Ben Feringa的团队利用分子马达旋转了一个28微米长的玻璃缸（比分子马达大一万倍）。在实验中，他们把马达整合到液晶（一种拥有晶体结构的流体）中。但只有百分之一的液晶由分子马达组成，当研究人员开始旋转它们时，马达就会改变液晶的结构。当研究人员把玻璃缸放在液晶上面时，电机运动就带动了它的旋转。

Ben Feringa的团队。（© Jiawen Chen）

【一个分子工具箱】

Jean-Pierre Sauvage， Fraser Stoddart 和 Ben Feringa 在研发分子机器过程中所采用的一些突破性步骤最终形成了一个化学结构工具箱，目前已被全世界研究人员在进行先进的化学结构创作时所采用。其中一个最突出的例子是一个可以抓取和连接氨基酸的分子机器人，于2013年基于轮烷而建造。

其他研究人员还将分子马达与长聚合物相连接，形成一个复杂的网络。当分子马达被暴露在光线中时，就会把聚合物吹成一个杂乱的管束。通过这一方式，光的能量被储存在分子中。如果研究人员找到一种能获取这种能量的技术，就可以开发出一种新型的电池。马达缠绕起聚合物时，材料就会收缩，这可以用于开发光反应传感器。

【远离平衡】

这些研究只所以能获得今年的诺贝尔化学奖，一个重要的原因是它们推动了分子系统远离所谓的平衡。所有的化学系统都力求达到平衡，这是一种低量状态，但也是个僵局。以日常生活为例，当我们吃饭时，身体的分子从食物中汲取能量，并推动我们的分子系统远离平衡，到更高量的水平。然后，生物大分子使用能量来驱动身体工作所需的化学反应。如果身体处于化学平衡状态，人类就会死亡。

就像生命分子一样 ，Jean-Pierre Sauvage， Fraser Stoddart 和 Ben Feringa 的人造分子系统可以执行受控任务。时间已经证明了小型化计算机技术革命所带来的影响，而我们也只是看到了机器小型化可能带来影响的初始阶段。从发展角度来看，分子马达目前所处阶段相当于1830年代的电动马达。当时，研究人员的想法还处于实验室阶段，并未想到后来会引发出电动火车、洗衣机、风扇和食物处理器等。

因此，在费曼发表富有远见的演讲32年之后，我们现在仍是只能继续猜测这项技术令人兴奋的未来发展前景。但是，我们现在已经能够回答最初的那个问题——我们能够制造的最小的机器究竟有多小？至少要比头发丝的直径小1000倍。

参考来源：

诺贝尔官网：https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2016/press.html

2016年诺贝尔化学奖授予“分子发动机”

来源:DeepTech深科技（ mit-tr）

北京时间10月4日下午5点45分，诺贝尔委员会宣布，将2016年诺贝尔化学奖授予让·皮埃尔·索瓦（Jean-Pierre Sauvage），弗雷泽·司徒塔特勋爵（Sir Fraser Stoddart）和伯纳德•L•费林加（Bernard L. Feringa），以表彰他们设计和合成了分子发动机。他们设计的分子发动机在供以能量后，能进行可控的运动。

让·皮埃尔·索瓦（Jean-Pierre Sauvage），法国斯特拉斯堡大学教授，法兰西科学院院士，超分子拓扑化合物研究的开拓者。

弗雷泽·司徒塔特勋爵（Sir Fraser Stoddart），美国西北大学教授，是有机超分子化学和纳米科学领域最杰出的科学家之一。他分别于1964年、1966年、1980年在英国爱丁堡大学取得学士、硕士及博士学位，现任职于美国西北大学化学集成系统研究中心主任，担任多校教授及多国际学术杂志主编及编委。

伯纳德•L•费林加（Bernard L. Feringa），荷兰格罗宁根大学教授

计算机技术的迅猛发展证明了小型化可以引发技术革命。2016年的诺贝尔化学奖则证明了小型化可以将化学的发展带到新的高度。

1983年，Jean-Pierre Sauvage迈出了通向分子发动机的第一步，他成功将两个环状分子套在一起，形成了一节链条，名叫索烃（catenane）。

在通常情况下，分子间通过非常稳定的共价键（原子间共享价电子）相结合，而在索烃中，结合两个分子的则是相对自由得多的“机械键”。由于构成的机械需要一个组件能够沿着另一个组件进行相对运动，两条“锁”在一起的分子完美地满足了这个要求。

1991年，Fraser Stoddart 踏出了第二步，他发明了轮烷（rotaxane）。轮烷由一个环装分子套入一个分子“轮轴”而构成，套入的分子可以沿着轮轴自由运动。

在这些基础上，Bernard Feringa于1999年发明了首个分子发动机。这个“发动机”可以沿着同一个方向连续转动并且带动比它大10000倍的玻璃柱一起转动。此外，Feringa还设计了一款纳米汽车。

以上这三位获奖者将分子发动机系统带出了“自平衡的僵局”，将它变成了一个注入燃料后能够进行可控运动的可利用系统。此项成果的意义不亚于19世纪30年代电动机的发明，而在那时，大家关注的只是蒸汽火车开动时车轮与铁轨摩擦发出的咔咔声，全然没有想到电动机会带来一场电气革命。

分子发动机最可能的应用领域将集中在新型材料、传感器与储能系统。            

1901年－2015年最受欢迎的诺贝尔化学奖得主

欧内斯特·卢瑟福

（Ernest Rutherford）

生于：1871年8月30日，新西兰纳尔逊

卒于：1937年10月19日，英国剑桥

获奖时所在单位：英国曼彻斯特，维多利亚大学

获奖原因：“表彰他在元素衰变和放射性物质的化学性质的研究上做出的贡献”

领域：核化学

获奖情况：单人获奖

成就

1896年放射现象的发现引发了一系列更深入的研究。1899年，欧内斯特·卢瑟福证实至少有两种显著类型的辐射：alpha粒子和beta粒子辐射。他发现放射现象产生时有气体生成。他和助手弗雷德里克·索迪共同提出了放射性物质可以产生氦气的假设。1902年，他们陈述了一个革命性的理论：元素通过衰变形成其他的元素。

玛丽·居里

（Marie Curie, née Sklodowska）

生于：1867年12月7日，波兰华沙

卒于：1934年7月4日，法国上萨瓦省

获奖时所在单位：法国巴黎，索邦大学

获奖原因：“表彰她在镭和钋元素的发现，镭的分离，以及对镭的性质和镭的化合物的研究上做出的贡献，这些研究推动了化学的进步。”

领域：核化学

获奖情况：单人获奖

生平

玛丽·斯卡洛多斯卡出生于波兰王国华沙市一个中学教师的家庭，她的父母深信教育的力量。后来，她搬到巴黎继续深造，遇到了皮埃尔.居里。皮埃尔·居里后来成为了她的丈夫以及在放射领域的同事。1903年居里夫妇共同获得诺贝尔物理学奖。1906年，皮埃尔去世，居里夫人继续他们的研究，并在1911年成为首位两度获得诺贝尔奖的人。在第一次世界大战期间，居里夫人组织了移动的X射线小组救护伤员。居里夫人的女儿伊雷娜和她的丈夫弗雷德里克·约里奥后来也共同获得了诺贝尔化学奖。

成就

1903年诺贝尔物理学奖：亨利·贝克勒尔在1896年发现了放射现象，这激发了居里夫妇对此进行进一步的探索。他们检测了很多的物质和矿物质来追踪放射的迹象，发现沥青铀矿比铀具有更强的放射性，因此推断出沥青铀矿中必定含有其他的放射性物质。最终他们从中成功提取出两种当时未知的元素，钋和镭，它们都比铀的放射性要强。

1911年诺贝尔化学奖：居里夫妇在首次发现钋和镭元素之后，玛丽继续研究它们的性能。1910年玛丽成功地提取出金属单质镭，确定了镭的存在无疑。另外，她还证实并记录了放射性元素以及它们的化合物的性能。放射性化合物无论在科学研究还是在医学领域（主要用于治疗肿瘤），都已经成为了重要的辐射源。

马里奥·莫利纳

（Mario J. Molina）

生于：1943年3月19日，墨西哥城

获奖时所在单位：美国马赛诸塞州剑桥，麻省理工学院

获奖原因：“表彰他们在大气化学领域做出的贡献，尤其是在臭氧的形成与分解相关方向”

领域：大气与环境化学

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平

马里奥·莫利纳出生在墨西哥城，从小梦想成为化学家。考虑到对一个化学家来说理解德语很重要，他11岁就去了瑞士寄宿中学读书。随后，他回到墨西哥国立大学学习化学工程，其后又去了欧洲和美国加州大学伯克利分校继续开展他的工作。他在伯克利大学的工作令人鼓舞，在那里他发现了氟利昂是如何破坏臭氧层的。马里奥·莫利纳现在在美国加州大学圣地亚哥分校工作。他在2006年与第二任妻子瓜达卢佩·阿尔瓦雷斯结婚，与前妻路易萨·谭·莫利纳育有一子。

成就

地球周围的大气层中含有少量的臭氧，臭氧分子是由三个氧原子组成的，它在吸收阳光中的紫外线方面起了重大的作用。如果没有臭氧，太阳将会对地球上的生命造成负面影响。1974年，马里奥·莫利纳和舍伍德·罗兰证实了CFC气体（也就是氟利昂）对大气层中的臭氧有破坏效应。而氟利昂有很多用处，包括冰箱的制冷剂和压缩喷雾器的喷雾剂等。控制氟利昂的使用可以减缓臭氧层的破坏。

莱纳斯·卡尔·鲍林

（Linus Carl Pauling）

生于：1901年2月28日，美国俄勒冈州波特兰

卒于：1994年8月19日，美国加州大苏尔

获奖时所在单位：美国加州帕萨迪纳市，加州理工学院

获奖原因：“表彰他在化学键的本质的研究，以及将研究结果应用于复杂物质的结构的阐述上做出的贡献”

领域：化学键，理论化学

获奖情况：单人获奖

生平

莱纳斯·鲍林出生在美国俄勒冈州波特兰，他的家族来自普鲁士农民一脉，他的父亲是一名药剂师兼药品推销员。他在位于科瓦利斯的美国俄勒冈州立大学获得学士学位之后，继而在位于帕萨迪纳市的加州理工学院获得了博士学位，在他以后的职业生涯中一直与加州理工学院保持着联系。在二十世纪五十年代，莱纳斯·鲍林卷入到反核运动中，因此被贴上了可疑共党分子的标签，这使得他的护照不时地被吊销。莱纳斯和艾娃·海伦·鲍林一共育有四个孩子。

成就

1954年诺贝尔化学奖：20世纪20年代量子力学的发展不仅对物理界产生了巨大的影响，化学界也同样受到了冲击。20世纪30年代莱纳斯·鲍林在用量子力学理解和描述化学键(原子组成分子的方式)方面走在了时代前沿。莱纳斯·鲍林在化学领域内的研究兴趣非常广泛，比如，他致力于生物领域重要的大分子的化学结构的解析，1951年他发表了a螺旋的化学结构，a螺旋是蛋白中常见的结构组成成分。

1962年诺贝尔和平奖：原子弹在广岛和长崎的爆炸成为了莱纳斯·鲍林事业的转折点，他和其他科学家一起，通过演讲和写作抗议核武器战争。莱纳斯·鲍林是帕格沃什运动中的一股驱动力，帕格沃什运动的目的是削弱核武器在国际政治中的作用，发起此运动的个人和组织在1995年获得诺贝尔和平奖。在1959年，莱纳斯·鲍林起草了著名的“广岛呼吁”，这篇总结性声明在禁止原子弹与氢弹的第五次世界会议之后发布。莱纳斯·鲍林在核大国（包括美国，前苏联和英国）签订“禁止核试验条约”上也是主要的推动者，该条约在1963年10月10日生效。在该条约生效的同一天，挪威诺贝尔委员会宣布莱纳斯·鲍林获得1962年推迟颁发的诺贝尔和平奖。

莱纳斯·鲍林，一个人获得了两次完整的诺贝尔奖。

伊雷娜·约里奥-居里

（Irène Joliot-Curie）

生于：1897年12月12日，法国巴黎

卒于：1956年3月17日，法国巴黎

获奖时所在单位：法国巴黎，镭研究所

获奖原因：“表彰他们在新的放射性元素的合成上做出的贡献”

领域：核化学

获奖情况：与另一人共同分享

生平

伊雷娜·居里出生在巴黎，是皮埃尔·居里和玛丽·居里的女儿，玛丽·居里是诺贝尔物理学和化学奖得主。伊雷娜·居里在第一次世界大战时跟随她的母亲在X射线救援队工作，负责提供X射线移动设备。战后，她回到巴黎大学继续学业，随后到她的父母创办的研究所工作。1926年，她和弗雷德里克·约里奥结婚。在镭研究所，他们一起开展了后来获得诺贝尔奖的工作。这对夫妇在政治上也非常活跃，他们致力于反法西斯主义和纳粹主义。他们一生育有两个孩子。

成就

放射性物质的辐射在研究原子上已经成为一种重要的工具。1934年，当伊雷娜·约里奥-居里和弗雷德里克·约里奥用a粒子（氦原子核）轰击一张薄的铝片时，在云室中发现了一种新的辐射留下的痕迹。这对夫妇发现即使把辐射源移去，铝片的辐射仍然存在。这是因为经过a粒子的轰击后，铝原子转变成了一种磷的放射性同位素。这意味着，历史上第一次人工创造出了放射性元素。1935年约里奥-居里夫妇共同获得诺贝尔化学奖。

阿齐兹·桑贾尔

（Aziz Sancar）

生于：1946年9月8日，土耳其萨武尔

获奖时所在单位：美国，北卡罗莱纳大学教堂山分校

获奖原因：“表彰他们在DNA修复机理的研究上做出的贡献”

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平

阿齐兹·桑贾尔出生在土耳其东南部萨武尔的一个小康家庭，他的父母没有受过教育，但是他们很重视孩子的教育。桑贾尔1969年在伊斯坦布尔大学获得医学学位，1977年在德克萨斯大学达拉斯分校获得生物学博士学位。阿齐兹·桑贾尔现在在北卡罗莱纳大学教堂山分校医学院任教，他的妻子格温·波尔茨·桑贾尔也同样是医学院生物化学与生物物理系的教授。

成就

活细胞中含有携带生物体基因信息的DNA分子，生物体的生存和发展依赖于DNA的稳定。但DNA并不是绝对稳定的，它们会受到损害。1983年，通过对细菌的研究，阿齐兹·桑贾尔发现并展示了某种酶蛋白修复分子对被紫外线损坏的DNA分子的修复过程。这一发现增强了人们对于活细胞运作、癌症起因和细胞衰老等问题的理解。

托马斯·林达尔

（Tomas Lindahl）

生于：1938年1月28日，斯德哥尔摩，瑞典

获奖时所在单位：英国赫特福德郡，弗朗西斯·克里克研究所&克莱尔霍尔实验室

获奖原因：“表彰他们在DNA修复机理的研究上做出的贡献”

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平

托马斯·林达尔出生在瑞典的斯德哥尔摩，他在斯德哥尔摩的卡罗林斯卡学院学习并在1967年获得博士学位，后在新泽西的普林斯顿大学和纽约的洛克菲勒大学做博士后研究。之后进入哥德堡大学成为一名医学与生理化学教授。自1981年起，他一直在英国赫特福德郡的克莱尔霍尔实验室的癌症研究院工作。

成就

活细胞中含有携带生物体基因信息的DNA分子，生物体的生存和发展依赖于DNA的稳定。但DNA并不是绝对稳定的，它们会受到损害。20世纪70年代，通过对细菌的研究，托马斯·林达尔发现并展示了某种酶蛋白修复分子移除和替代DNA损伤部分的过程。这一发现增强了人们对于活细胞运作、癌症起因和细胞衰老等问题的理解。

钱永健

生于：1952年2月1日，美国纽约

卒于：2016年8月24日，美国俄勒冈州尤金

获奖时所在单位：美国加州大学圣地亚哥分校，霍华德休斯医学研究所

获奖原因：“表彰他们在绿色荧光蛋白的发现与研究上做出的贡献”

领域：生物化学

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平

钱永健1952年生于美国纽约，祖籍浙江杭州临安，是吴越国国王钱镠三十四世孙。1972年，钱永健获得哈佛大学化学及物理学最优等学士学位。1977年，获得英国剑桥大学生理学博士学位。1977年-1981年，担任剑桥大学研究员。1982年至1989年，任加州大学伯克利分校副教授。1989年開始，任加州大学圣地亚哥分校教授，直至他于2016年8月24日离世。

成就

显色手段在生物学研究中起着至关重要的作用。钱永健从1992年开始投入绿色荧光蛋白的研究工作，陆续开发出了绿、红、黄、蓝灯荧光，使得科研人员可以将不同颜色的荧光打入蛋白细胞，发现以往难以观测的生物程序。钱永健因此被誉为“荧光蛋白改造之父”。

保罗·莫德里奇

（Paul Modrich）

生于：1946年6月13日，美国新墨西哥州拉顿

获奖时所在单位：美国北卡罗来纳州达勒姆市，杜克大学医学院；马里兰州切维蔡斯，霍华德休斯医学研究所

获奖原因：“表彰他们在DNA修复机理的研究上做出的贡献”

获奖情况：与其他三人共同获奖

生平

保罗·莫德里奇出生于美国新墨西哥州拉顿，并在那里长大。他的父亲是一名生物老师，经常鼓励他对自然要保有好奇心。1968年，保罗·莫德里奇于麻省理工学院获得学士学位。1973年，莫德里奇于斯坦福大学获得博士学位。1976年至今，他一直在位于北卡罗来纳州达勒姆市的杜克大学工作。同时，保罗·莫德里奇在位于马里兰州切维蔡斯的霍华德休斯医学研究所担任研究员。

成就

活细胞中含有携带生物体基因信息的DNA分子，生物体的生存和发展依赖于DNA的稳定。但DNA并不是绝对稳定的，它们会受到损害。20世纪70年代，通过对噬菌体的研究，保罗·莫德里奇发现并展示了甲基基团连接到DNA分子上作为DNA错配修复的信号的过程。这一发现增强了人们对于活细胞运作、癌症起因和细胞衰老等问题的理解。

多萝西·克劳福特·霍奇金

（Dorothy Crowfoot Hodgkin）

生于：1910年5月12日，埃及开罗

卒于：1994年7月29日，英国斯托尔河畔希普斯顿

获奖时所在单位：英国牛津市，英国牛津大学 &皇家学会

获奖原因：“表彰其在用X-射线技术确定生物大分子的结构的研究上做出的贡献”

领域：生物化学，结构化学

获奖情况：单独获奖

生平

多萝西·克劳福特·霍奇金的研究生涯始于童年时她获得的一本化学课本，这本书里包含有晶体学相关的实验。牛津大学毕业后，尽管她学业优秀，霍奇金作为一名女性依然很难找到工作。最终，剑桥大学的约翰·德蒙·伯纳尔教授给了她一个机会，当时，伯纳尔教授已是现代分子生物学领域的先驱。从剑桥大学获得博士学位之后，多萝西·克劳福特·霍奇金在1934年回到牛津大学工作，并在那里度过了她之后的职业生涯。多萝西·克劳福特·霍奇金在分子生物学领域贡献卓著。

成就

当X射线穿过晶体结构时，会呈现出清晰而准确的衍射峰图谱，通过这些图谱可以确定晶体的结构。在20世纪30年代，科学家们越来越多地用这种方法来确定复杂的大分子的结构，多萝西·克劳福特·霍奇金通过大量的X射线衍射图像，大量的计算以及对数据敏锐的分析，在1946年成功地确定了青霉素的结构。1956年，她又分析确定了维生素B12（所有维生素中结构最为复杂）的结构。

诺贝尔化学奖的那些事儿

（1901-2015）

1895年11月27日，阿尔佛雷德·诺贝尔签署遗嘱，将其遗产最大一部分用于颁发各种奖项，其中包括后来的诺贝尔化学奖。正如诺贝尔先生中遗嘱中讲到，这些财产用于奖励：“在化学领域做出最重要的发现或突破的人。

◆ 诺贝尔化学奖的数量

从1901年至2015年，共颁发了107届诺贝尔化学奖。1916, 1917,1919, 1924, 1933, 1940, 1941和1942年，八年中诺贝尔化学奖空缺。对于诺贝尔化学奖空缺的原因，诺贝尔基金会解释道：”诺贝尔化学奖被用来奖励最伟大的化学突破，如果当年没有产生相匹的研究的话，诺奖奖金将会被留待第二年，如果第二年仍未产生相应诺奖，这笔钱将会被纳入诺贝尔基金会的特殊基金内。在两次世界大战期间，产生的诺贝尔奖相对较少。

◆ 诺贝尔化学奖得奖人数

1901-2015年期间共有172人次获得诺贝尔化学奖。由于弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）曾获得两次诺贝尔化学奖，1901年来共有171人获得诺贝尔化学奖。

◆ 最年轻的诺贝尔化学奖得主

迄今，最年轻的诺奖得主为约里奥•居里（Frédéric Joliot），年仅35岁的他和妻子艾琳约里奥-居里（Irène Joliot-Curie）获得1935年获得诺贝尔化学奖。

◆ 最年长的诺贝尔化学奖得主

迄今最年迈的诺贝尔化学奖得主为约翰·芬恩（ John B. Fenn）。他以85岁高龄获得2002年诺贝尔化学奖。5年获得诺贝尔化学奖。

◆ 获得诺贝尔化学奖的女性

在168名诺贝尔化学奖得主中，共有4名女性。其中玛丽·居里，多罗西·克劳宣特·霍奇金两人独得诺奖。

1911年，玛丽·居里（Marie Curie 同时也是1903年诺贝尔物理奖的得主）

1935年，伊雷娜·约里奥-居里（Irène Joliot-Curie 玛丽·居里的长女，约里奥·居里的妻子）

1964年，多罗西·克劳宣特·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkin）

2009年，阿达·尤纳斯（Ada Yonath）

◆ 获得诺贝尔化学奖的家族

居里家族是最闻名的“诺贝尔奖家族”。 1903年，玛丽·居里和皮埃尔·居里夫妇共同获得诺贝尔物理奖。玛丽·居里还在1911年第二次获得诺贝尔奖。他们的长女，伊雷娜·约里奥-居里和她的丈夫约里奥·居里获得1935年诺贝尔化学奖。他们的小女儿艾芙·居里，在联合国儿童基金会工作。她的丈夫亨利·拉波易斯，1965年代表联合国儿童基金会获得诺贝尔和平奖。

其他“诺奖家族”（其中至少有一名成员获得诺贝尔化学奖）在化学领域做出最重要的发现或突破的人。

汉斯·冯·奥伊勒-切尔平（Hans von Euler-Chelpin，父），1929年诺贝尔化学奖；乌尔夫·斯万特·冯·奥伊勒（Ulf von Euler ，子），1970年诺贝尔生理学或医学奖

阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg，父），1959年诺贝尔生理学或医学奖；罗杰·科恩伯格（Roger D. Kornberg，子），2006年诺贝尔化学奖

◆ 被迫拒绝诺贝尔化学奖的人

有两名诺贝尔化学奖得主由于当局压力被迫拒绝诺贝尔化学奖。希特勒禁止德国的科学家接受诺贝尔奖，其中两名有两名诺贝尔化学奖得主，里夏德·库恩（1938年）和阿道夫·布特南特（1939年）。此外，1939年诺贝尔生理学和医学奖得主格哈德·多马克也由于同样的原因拒绝了诺贝尔奖。后来他们的诺贝尔奖证书和奖牌得到补发，但是没有相应奖金。

◆ 诺贝尔化学奖得主的研究领域

最常见的获得诺贝尔化学奖的研究领域为生物化学，50名化学奖得主的研究都与生物化学有关。

◆ 诺贝尔奖证书

诺贝尔奖证书是一项独特的艺术品，由最著名的挪威和瑞典艺术家和书法家制作。