“El mayor descubrimiento químico”
“Hace dos días supusimos que ganarían el Premio Nobel de Química de este año. Tercer Profesor Distinguido del Río Yangtze, Facultad de Química de la Universidad de Pekín”. Yang Zhen dijo a "Looking News Weekly": "De hecho, creo que este es el mayor descubrimiento químico de la historia. El método que proporcionaron cambió directamente el pensamiento de la química tradicional y proporcionó un canal rápido y eficiente para la investigación química". Alrededor de 1995 sintetizó un fármaco antitumoral utilizando el método de síntesis de reactivos resultante de los resultados premiados de este año. Fue muy eficaz, por lo que estaba lleno de gratitud hacia los tres ganadores del Premio Nobel.
Per Ahlberg, presidente del jurado del Premio Nobel de Química, comparó vívidamente la reacción de metátesis de olefinas con una "danza de intercambio de parejas". El día de la entrega del premio, el 5 de octubre, Ahlberg, junto con un profesor de la Real Academia de Ciencias y dos miembros femeninos del personal, explicaron al público mediante la danza el significado de la reacción de metátesis de olefinas. Inicialmente, los dos hombres eran una pareja de baile y las dos mujeres eran una pareja de baile. Al gritar "Add Catalyst", cambiaron de posición y se transformaron en dos parejas de baile masculina y femenina.
Akira Aso, director del Laboratorio Estatal Clave de Química Metal-Orgánica de la Academia de Ciencias de China, afirmó que el carbono es el elemento central de la vida en la Tierra. Los átomos de carbono pueden conectarse con una variedad de átomos de diferentes maneras, formando moléculas que van desde unos pocos átomos hasta millones de átomos. Esta diversidad única sienta las bases de la vida y es el núcleo de la química orgánica, una disciplina estrechamente relacionada con la vida humana. Las conexiones entre átomos se llaman enlaces, y un átomo de carbono puede estar conectado con otros átomos mediante enlaces simples, dobles o triples. Las moléculas orgánicas en cadena con dobles enlaces carbono-carbono se llaman alquenos. En una molécula de alqueno, dos átomos de carbono son como compañeros en un pas de deux, tomados de la mano y bailando.
El estudio de las reglas de ruptura y formación de los enlaces carbono-carbono es una de las cuestiones centrales que deben resolverse en química orgánica. Para romper el enlace carbono-carbono y recombinarlo de la forma deseada, es necesario encontrar un catalizador adecuado, lo que también supone un desafío para los químicos. Akira Aso dijo que los tres ganadores del Premio Nobel de Química de este año ganaron el premio porque descubrieron cómo dirigir las moléculas de alqueno para "intercambiar parejas de baile" y recombinar partes moleculares en otras sustancias.
En la década de 1950, los catalizadores desarrollados por los científicos eran todos catalizadores de múltiples componentes. La razón principal fue que en ese momento aún no se entendía el mecanismo de reacción y no se sabía qué sustancia activa desempeñaba el papel. , por lo que tuvieron que utilizar varias mezclas para la catálisis. Estos sistemas catalíticos también están limitados por factores como las duras condiciones de reacción, y los científicos deben comprender y comprender mejor el mecanismo de la reacción.
En la década de 1970, Yves Chauvin, del Instituto Francés del Petróleo, logró un avance teórico. Aclaró el proceso de interconversión de alquenos y carbenos metálicos mediante cicloadición [2+2] para formar intermediarios de heterociclobutano metálico. Este mecanismo fue posteriormente ampliamente reconocido. El carbeno metálico se refiere a un tipo de molécula orgánica en la que un átomo de carbono tiene un doble enlace a un átomo de metal. Si se explica brevemente en términos de danza, pueden considerarse como una pareja de bailarines tomados de la mano. En la molécula de alqueno, los dos átomos de carbono son como compañeros en un pas de deux, tomados de la mano y bailando. Después de que el carbeno metálico se encuentra con la molécula de olefina, las dos parejas de baile se combinarán temporalmente y bailarán de la mano en un baile de cuatro personas. Luego "intercambian parejas" y se combinan para formar dos nuevas moléculas, una de las cuales es una nueva molécula de alqueno y la otra es un átomo de metal y su nueva pareja de baile. Este último seguirá buscando la siguiente molécula de alqueno y volverá a "intercambiar socios".
Según los informes, el método de reacción de metátesis de olefinas se utiliza ahora ampliamente en la industria química, principalmente para el desarrollo de fármacos y materiales plásticos avanzados. Gracias al trabajo de Chauvin, Grubb, Schrock y otros, el método de metátesis se ha vuelto más eficaz, los pasos de reacción son más simples que antes y los recursos necesarios se reducen considerablemente. También es más sencillo de usar y solo necesita realizarse; bajo temperatura y presión normales se puede completar; la contaminación del medio ambiente también se reduce considerablemente, lo que hace que los seres humanos den otro gran paso hacia la "química verde".
Yang Zhen dijo que en el siglo XX, la química orgánica brillaba intensamente y había muchas obras de arte inventadas, pero el invento más brillante fue sin duda el "método de reacción de metátesis de olefinas para la síntesis orgánica" que ganó. el Premio Nobel de este año "A Yang Zhen le gusta usar palabras como "arte" y "encanto" para describir su trabajo. Dijo que el método de reacción de metátesis de olefinas proporciona a los químicos orgánicos una "vía rápida" en el proceso de investigación y puede ayudar a alcanzar un mejor ámbito artístico más rápidamente.
Lo que es aún más sorprendente es que este método ofrece mejores posibilidades para la investigación en ciencias de la vida en la era posgenómica. Yang Zhen explicó que la "era posgenómica" en la que ha entrado la investigación de las ciencias de la vida se trata principalmente de estudiar las funciones del cuerpo humano. La parte más difícil no es la parte biológica, sino qué tipo de química se utiliza para estudiar a los vivos. sistema. Hay un mundo microscópico complejo y grandioso escondido en el cuerpo humano. Cuando hay un problema con la forma espacial o la expresión de ciertas proteínas, el cuerpo humano mostrará síntomas de ciertas enfermedades. El objetivo de la medicina es cambiar este estado anormal y restaurar la salud. El mayor obstáculo en este proceso de investigación es ¿qué hacen exactamente en el cuerpo las proteínas expresadas por los 30.000 genes activos de los humanos? Cuando los síntomas de una enfermedad ocurren en la fisiología de una persona, ¿qué genes cambian? Así como los humanos necesitan un detector para aterrizar en la luna, el medio o "detector" que puede comprender este proceso son pequeñas moléculas químicas, es decir, se utilizan moléculas pequeñas para detectar partes enfermas y pueden reparar y ajustar rápidamente las partes enfermas a su estado original. Si podemos alcanzar este nivel, ya no tendremos que preocuparnos por "enfermedades incurables" como el cáncer. Éste es el milagro que la gente espera con ansias en el futuro.
Por tanto, la rápida síntesis de miles de pequeñas moléculas es el mayor cuello de botella en el siguiente paso de la investigación médica y farmacológica. El método de síntesis orgánica de la reacción de metátesis de olefinas ofrece la posibilidad de sintetizar rápidamente estos detectores activos de moléculas pequeñas, abriendo así nuevas posibilidades para que la humanidad finalmente se comprenda a sí misma.
También preocupa el nivel de investigación en este campo en nuestro país. Yang Zhen dijo que la investigación de nuestro país en esta área es todavía muy débil y que la brecha con los resultados del Premio Nobel no es comparable. "Scientific Observation" señaló que, a juzgar por el número de citas de artículos, este campo es una ciencia de vanguardia a nivel internacional. Sin embargo, las estadísticas del Centro de Documentación e Información de la Academia de Ciencias de China muestran que mi país casi no tiene temas ni proyectos importantes en este campo.
Sorpresas en la investigación de microorganismos patógenos
Gao Fu, director del Instituto de Microbiología de la Academia de Ciencias de China, expresó en una entrevista el estado de ánimo de muchos colegas de la industria con "sorpresa" con "Lookout News Weekly".
La "sorpresa" de Gao Fu es que hoy en día, cuando el estudio de microorganismos patógenos ya no ocupa una posición importante en la investigación básica, el descubrimiento de un pequeño Helicobacter pylori puede ganar el premio más alto de la ciencia. La "alegría" proviene del hecho de que después de la "prueba" de enfermedades infecciosas como el SARS, la gripe aviar y el Streptococcus suis, el mundo ha vuelto a centrar su atención en los microorganismos patógenos y las enfermedades infecciosas que parecían haberse calmado. Más importante aún, la elección del Premio Nobel a menudo revela una nueva dirección de la investigación y una señal que inevitablemente desencadenará que los recursos de la comunidad científica y tecnológica mundial se reagrupen en este campo de investigación que ha estado abandonado durante muchos años, lo que conducirá a países de todo el mundo, incluida China, los cambios positivos en las políticas para prevenir y controlar las enfermedades infecciosas tendrán sin duda un impacto positivo y de gran alcance en la prevención de la influenza aviar.
Evaluar el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de este año desde una perspectiva más amplia confirma una vez más el concepto de investigación científica de “fomentar lo inesperado” que defiende. Antes de 1982, la comunidad médica siempre creía que las emociones, la tensión nerviosa, la presión del trabajo, etc., causaban enfermedades del estómago. Había un dicho que decía que "el estómago es la segunda cara de una persona". Entonces, cuando Warren notó por primera vez el Helicobacter pylori en 1979, estaba en desacuerdo con el dogma médico convencional. Más de 20 años después, tras recibir la notificación de convocatoria del premio, Warren, de 68 años, todavía recordaba la difícil situación de la investigación en aquel momento: "Cambiar la idea de que (enfermedades como las úlceras gástricas) son causadas por el estrés y otras ¡Es tan difícil de llevar a cabo que casi nadie cree que realmente sea causado por bacterias!" Para probar el mecanismo patogénico, Marshall, el colaborador de Warren, también bebió una solución que contenía bacterias y enfermó gravemente. Su "obstinado" espíritu de innovación y dedicación a la ciencia también se han ganado el respeto de la comunidad científica y tecnológica.
Gao Fu reveló que antes de que se anunciara el Premio Nobel, la gente era generalmente optimista sobre los campos de las "huellas dactilares" del ADN y la investigación de células madre que habían ganado el "Premio de la Fundación Albert-Mary Lasker". En comparación con los resultados de investigaciones de vanguardia como la biología molecular, la neurociencia y las células madre, se puede decir que el Helicobacter pylori descubierto en 1982 es el resultado más "civil". Por eso, nada más conocerse la noticia del premio causó bastante conmoción e incluso provocó cierta polémica. Pero también hay que admitir que fue después de la publicación de los hallazgos de Marshall y Warren que las investigaciones relacionadas se intensificaron en todo el mundo. A través de ensayos en humanos, tratamientos con antibióticos y estudios epidemiológicos, se descubrió que Helicobacter pylori desempeña un papel importante en enfermedades como ésta. como gastritis y úlceras gástricas, el papel que desempeña en la enfermedad se ha vuelto cada vez más claro y la comprensión de los científicos sobre el mecanismo patogénico de este patógeno ha seguido profundizándose. Actualmente, los médicos pueden diagnosticar la infección por Helicobacter pylori mediante pruebas de anticuerpos, endoscopia y pruebas de aliento. Las investigaciones muestran que más del 90% de las úlceras duodenales y aproximadamente el 80% de las úlceras gástricas son causadas por una infección por Helicobacter pylori. Como afirmó el jurado en el anuncio del premio, "la úlcera gástrica finalmente ya no es una enfermedad crónica recurrente" sino que se ha convertido en una "enfermedad que puede curarse con un tratamiento breve de antibióticos e inhibidores de la secreción ácida". El descubrimiento de Marshall y Warren revolucionó la comprensión mundial de las enfermedades gástricas, mejoró enormemente las posibilidades de curación completa de los pacientes con úlceras gástricas y otras enfermedades y contribuyó a mejorar la calidad de vida humana.
La conclusión de que las úlceras gástricas son causadas por una infección microbiana ha inspirado a los científicos a pensar: ¿los microorganismos también desempeñan un papel en la patogénesis de la artritis reumatoide y otras enfermedades? La relación entre Helicobacter pylori y la aparición de cáncer gástrico y algunos linfomas también se ha convertido en el centro de la investigación científica. Aunque estos estudios aún no tienen conclusiones claras, como dijo el jurado del Premio Nobel: "El descubrimiento de Helicobacter pylori ha profundizado la comprensión humana de la relación entre la infección crónica, la inflamación y el cáncer.
La bacteria Helicobacter pylori parece ser". tienen un "gusto especial" por los humanos, y los humanos son los únicos huéspedes naturales de esta bacteria. Se estima que alrededor del 50% de las personas en todo el mundo tienen Helicobacter pylori en el estómago, pero sólo un número muy pequeño de personas infectadas desarrollará enfermedades como úlceras gástricas. Zou Quanming, director de la Oficina de Investigación y Enseñanza de Microbiología e Inmunología de la Tercera Universidad Médica Militar de Chongqing, se mostró muy emocionado al ser entrevistado por Outlook News Weekly sobre la "vacuna contra Helicobacter pylori" en la que su grupo de investigación ha estado trabajando durante más tiempo. Se espera que en un futuro próximo esté disponible más de diez años. Los dos colegas que descubrieron la bacteria ganaron el Premio Nobel, lo que sin duda es una gran noticia para su investigación. Dijo que el Premio Nobel por el descubrimiento de Helicobacter pylori es merecido, porque la mitad de la población mundial está más o menos dañada por Helicobacter pylori. En comparación con enfermedades infecciosas graves como el SARS y la influenza aviar, esta enfermedad está oculta en. la membrana mucosa del estómago, y el proceso de aparición también es gradual y lento, por lo que es muy oculto y engañoso. China es un país con muchas enfermedades estomacales. Una investigación realizada por la Organización Mundial de la Salud ha descubierto que las áreas con una alta infección por Helicobacter pylori también tienen una alta incidencia de cáncer gástrico, por lo que ambos están estrechamente relacionados. En mi país, 200.000 personas mueren cada año por cáncer gástrico, lo que se sitúa entre las dos principales causas de muerte por cáncer.
Alguna vez la gente creía que los antibióticos podían controlar eficazmente la mayoría de las enfermedades infecciosas, pero los brotes de SARS y de influenza aviar han agravado el problema. En vista de la infección generalizada y el daño causado por Helicobacter pylori, el tratamiento con antibióticos es propenso a la resistencia a los medicamentos y el curso del tratamiento es largo. El equipo de investigación de Zou Quanming comenzó a estudiar la vacuna contra Helicobacter pylori en 1987, con la esperanza de comenzar con la prevención y beneficiar la salud humana. . Lo gratificante es que este tema ha recibido el apoyo del importante plan de ciencia y tecnología del "Plan 863" del Ministerio de Ciencia y Tecnología. Luego de completar la primera y segunda fase de ensayos clínicos, entró en la tercera fase de ensayos clínicos en 2004. Se espera que entre en producción el próximo año. Según Zou Quanming, su grupo de investigación ha logrado el progreso más rápido entre las unidades de investigación nacionales sobre vacunas contra Helicobacter pylori. También hay algunos colegas en el mundo que están realizando investigaciones sobre vacunas, pero solo se encuentran en ensayos clínicos de fase II.
Reflexiones sobre la obtención del premio por "Peine óptico"
"Las oportunidades para la innovación científica a menudo se encuentran en la intersección de diferentes disciplinas. Originalmente, el láser de femtosegundo y la medición de frecuencia son dos contenidos de investigación diferentes Hensch y otros utilizaron inteligentemente láseres de femtosegundos en la medición de frecuencia, lo que condujo al nuevo concepto de peines ópticos. "El Premio Nobel de Física de este año hizo sentir mucho a Wei Zhiyi, investigador del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China. . Dijo a "Lookout News Weekly" que el peinado óptico en realidad no es un concepto muy complicado, ni tan oscuro como la gente especula. Por ejemplo, podemos preguntar: ¿Cuál es la diferencia entre la luz emitida por una vela y el rayo láser que se utiliza en un reproductor de CD? ¿Podría utilizarse la luz como medio más preciso para medir el tiempo, etc., que un reloj atómico? Los resultados de la investigación del Premio Nobel de Física de este año responden a estas preguntas.
El llamado "peine óptico" es un espectro con una serie de frecuencias distribuidas uniformemente. Estos espectros son como los dientes de un peine o las escamas de una regla. Se puede utilizar un "peine óptico" para determinar las frecuencias específicas de un espectro desconocido. A finales del siglo XX, Hall y Hensch mejoraron efectivamente la tecnología del "peine óptico", y su precisión ahora puede alcanzar los 15 decimales.
El “tiempo” que pasa en nuestras vidas sin darnos cuenta tiene un significado especial para los físicos. Wei Zhiyi dijo que el tiempo es la unidad básica más precisa y exacta de todas las cantidades físicas en la actualidad, y el Comité Internacional de Pesas y Medidas ha anunciado oficialmente que la longitud se ha convertido en la unidad derivada del tiempo. Debido a la precisión de la medición del tiempo, no sólo es una piedra angular importante de la construcción de ciencia y tecnología moderna, sino que también desempeña un papel central en el sistema de posicionamiento global (GPS), la navegación espacial, etc., los omnipresentes teléfonos móviles en la vida diaria; se basan en aplicaciones de reloj atómico de microondas estándar de frecuencia de alta precisión.
Cómo mejorar la precisión de los estándares de frecuencia siempre ha sido una preocupación de los físicos. Ya con el nacimiento del láser se pensó en utilizar frecuencias ópticas en lugar de relojes de microondas como nuevo estándar de tiempo. Sin embargo, cómo realizar la conexión entre las frecuencias de microondas y las frecuencias ópticas con alta precisión se ha convertido en el principal obstáculo que limita esta investigación durante muchos años.
Ya en la década de 1970, el científico alemán Hensch y otros propusieron la posibilidad de utilizar pulsos láser ultracortos como puente para conectar frecuencias ópticas y de microondas. A finales del siglo pasado, con el rápido desarrollo de la tecnología del láser de femtosegundo, el grupo de investigación de Hall logró por primera vez un rayo láser de femtosegundo estable y lo utilizó para medir con éxito la frecuencia del láser de una longitud de onda de 772 nanómetros.
Es precisamente gracias a la invención del peine óptico que las personas pueden utilizar estándares de frecuencia de microondas para medir directamente estándares de frecuencia óptica por primera vez, y luego desarrollar relojes ópticos de próxima generación de mayor precisión y realizar el El uso de estándares de frecuencia óptica. La calibración de estándares de frecuencia de microondas brinda la posibilidad. Este importante avance no solo se considera un desarrollo revolucionario en la historia de la medición de frecuencia, sino que también promueve el desarrollo de la espectroscopia de precisión láser, attosegundo (10-18 segundos). física láser y otras disciplinas Tiene aplicaciones importantes en la medición precisa de constantes físicas básicas y la mejora adicional de la precisión del GPS.
Los materiales publicados por el Comité del Jurado del Premio Nobel dicen que gracias al trabajo de Hall y Hensch, se espera que la precisión de medición de tecnologías como el "peine óptico" mejore aún más en el futuro y encuentre usos. en muchos campos. Se espera que estas tecnologías mejoren los sistemas de posicionamiento global existentes y mejoren la precisión de observación de los telescopios espaciales. Además, también se puede utilizar una tecnología de medición similar de ultra alta precisión para estudiar la relación entre materia y antimateria y detectar posibles cambios en determinadas constantes naturales.
El investigador Sun Changpu del Instituto de Física Teórica de la Academia de Ciencias de China, dijo que la investigación de mi país sobre óptica cuántica comenzó gradualmente en la década de 1980, aunque comenzó tarde, se desarrolló rápidamente y logró ciertos resultados. En la actualidad, existen buenos resultados de investigación en instituciones de investigación científica como la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, el Instituto de Óptica y Mecánica de Shanghai, la Universidad de Shanxi y el Instituto de Física Teórica de la Academia de Ciencias de China.
Si echamos un vistazo a la concesión del Premio Nobel de Física en los últimos años, podemos ver que muchos científicos han ganado el premio por sus investigaciones relacionadas con el ganador del premio de este año, como el Premio Nobel de 2001. ganador: Investigación relacionada con la condensación de Bose-Einstein, investigación sobre enfriamiento por láser y métodos de captura atómica realizada por el científico chino Steven Chu, que ganó el premio en 1997, etc. Sun Changpu cree que el Premio Nobel de Física ha prestado más atención a los resultados de la investigación en el campo de la óptica en los últimos años. Por un lado, los resultados de la investigación en este campo suelen estar estrechamente relacionados con los últimos y más avanzados desarrollos tecnológicos; Por otro lado, este desarrollo de alta tecnología requiere precisamente esfuerzos de investigación teórica muy básica.
Wei Zhiyi cree que se debe crear una mejor atmósfera de investigación científica en China, de modo que los investigadores científicos tengan tiempo suficiente para absorber nuevos conocimientos y nutrición, y puedan pensar y explorar constantemente, en lugar de perder la mayor parte de su tiempo. en tareas paso a paso Para completar algunos procedimientos, complete muchos formularios e informes ansiosos por mostrar resultados. Él cree que el actual proyecto de innovación del conocimiento y la construcción de una cultura de innovación defendidos y promovidos por la Academia de Ciencias de China han reconocido fundamentalmente las deficiencias del anterior sistema de investigación científica de mi país. Por lo tanto, “hay razones para creer que después de varios años de acumulación y los esfuerzos diligentes de los investigadores científicos, nacerá el Premio Nobel de Física local de China”.