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诺贝尔化学奖:开启多领域化学研究新时代

时间:2022-03-31 08:35:44 浏览次数:

在诺贝尔所有的奖项中,因为创立者诺贝尔本人的化学家身份,诺贝尔化学奖自然就成了很多人认为分量最重的奖项。诺贝尔评审委员会10月9日表示,2013年度的化学奖为三人所分享,马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特及亚利耶·瓦谢尔,他们给复杂化学体系设计了多尺度模型。

计算机变得与试管一样重要

在漫长的历史时期,对化学家而言,试管是他们最为重要的工具,另外通过小棒和小球,他们就可以搭建出一些化学反应的分子结构。但是当人类进入计算机时代以后,对化学研究人员而言计算机开始逐步变得与试管同样重要。

中科院化学研究所分子反应动力学国家重点实验室主任边文生表示,化学反应是一个微观过程,许多化学反应的发生可能只需要几微秒,传统上用实验手段描述出反应过程的每一个步骤几乎不可能实现,而此次获奖的三位科学家使计算机成了描述一些化学反应的重要工具。

诺贝尔评审委员会说,卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔研究的开创性在于,他们让经典物理学与迥然不同的量子物理学在化学研究中“并肩作战”。以前,化学家必须二选其一。依靠用塑料棒和杆创建模型的经典物理学方法的优势在于计算简单且能为大分子建模,但其无法模拟化学反应。而如果化学家选择使用量子物理学计算化学反应过程,但巨大的计算量使得其只能应付小分子。为此,在20世纪70年代,这三位科学家设计出多尺度模型,让传统的化学实验走上了信息化的快车道。在由这三位科学家研发出的多尺度模型的辅助下,化学家们就可以让计算机做“做帮手”来揭示化学过程。

诺贝尔化学奖评选委员会在当天发表的声明中说,现在,对化学家来说,计算机是同试管一样重要的工具,计算机对真实生命的模拟已为化学领域大部分研究成果的取得立下了“汗马功劳”。并且通过模拟,化学家能更快获得比传统实验更精准的预测结果。

研究成果被广泛应用

事实上,也正是三位科学家上个世纪70年代的开创性研究,让计算机模拟揭示复杂的化学反应过程成为可能。此后,经过长期努力,科学家们建立了更加准确和普遍适用的量子化学和分子力学结合的多尺度计算模型。

边文生表示,卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔所发明的多尺度模型的意义在于其具有普遍性,可用来研究各种各样的化学过程,从生命分子到工业化学过程等,都可以应用到他们研究的模型。

北京大学化学与分子工程学院长江特聘教授夏斌表示,如今无论是在化学领域,还是分子生物学领域,三位获奖者的研究成果都已被予以应用,其已经成为了很多研究人员十分重要的研究工具。

“如今,蛋白质、核酸、碳氢化合物等生物大分子的研究,最新研究与开发的药物设计等相关研究,几乎都离不开三位获奖者通过计算机模拟出的化学分子模型。”边文生说。

另外,目前三位科学家的研究成果,已经应用于废气净化及植物的光合作用的研究中,并可用于优化汽车催化剂、太阳能电池的设计等。

有人说,卡普拉斯、莱维特及瓦谢尔三人上个世纪70年代的研究几乎开启了多领域化学研究的新时代,他们早就有资格获得诺贝尔化学奖,现在才获得该奖项已经是很迟的了。

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