최근 몇 년간 노벨 과학상의 내용은 무엇입니까?

“가장 위대한 화학 발견”

“우리는 그들이 올해 노벨 화학상을 받을 것이라고 이틀 전부터 추측했습니다.” 북경대학교 화학과 제3장강 석좌교수 Yang Zhen은 "Looking News Weekly"에서 "사실 이것은 역사상 가장 위대한 화학 발견이라고 생각합니다. 그들이 제공한 방법은 전통적인 화학에 대한 사고를 직접적으로 바꾸었고 동료로서 화학 연구에 효율적이고 빠른 채널을 제공했습니다."라고 말했습니다. 그는 올해 수상한 결과로 얻은 시약 합성법을 이용해 1995년쯤 항종양제를 합성해냈는데, 그 효과가 매우 커서 세 명의 노벨상 수상자들에게 감사의 마음을 표했다.

노벨 화학상 심사위원장인 페르 알베르그(Per Ahlberg)는 올레핀 복분해 반응을 '교환 파트너의 춤'에 생생하게 비유했습니다. 10월 5일 수상식이 있던 날, 알베르그는 왕립과학원 교수, 여성 직원 2명과 함께 춤을 통해 관객들에게 올레핀 복분해 반응의 의미를 설명했다. 처음에는 남자 두 명이 댄싱 파트너, 여자 두 명은 '애드 카탈리스트' 외침에 포지션을 바꿔 남녀 댄싱 파트너 2쌍으로 변신했다.

중국과학원 금속-유기화학 국가중점연구소 소장 아소 아키라(Akira Aso)는 탄소가 지구상 생명체의 핵심 요소라고 말했다. 탄소 원자는 다양한 원자에 다양한 방식으로 연결되어 몇 개의 원자에서 수백만 개의 원자에 이르는 분자를 형성할 수 있습니다. 이러한 독특한 다양성은 생명의 기초이자 인간 생명과 밀접한 학문인 유기화학의 핵심입니다. 원자 사이의 연결을 결합이라고 하며, 탄소 원자는 단일, 이중 또는 삼중 결합을 통해 다른 원자와 연결될 수 있습니다. 탄소-탄소 이중 결합을 가진 사슬형 유기 분자를 알켄이라고 합니다. 알켄 분자에서 두 개의 탄소 원자는 파드되(pas de deux)에서 손을 잡고 춤을 추는 파트너와 같습니다.

탄소-탄소 결합의 끊어짐과 형성 규칙을 연구하는 것은 유기화학에서 해결해야 할 핵심 문제 중 하나입니다. 탄소-탄소 결합을 끊고 원하는 방식으로 재결합하기 위해서는 적합한 촉매를 찾는 것이 필요하며, 이는 화학자들에게도 어려운 과제입니다. 아소 아키라(Akira Aso)는 올해 노벨 화학상 수상자 3명이 알켄 분자를 "교환 댄스 파트너"로 유도하고 분자 부분을 다른 물질로 재결합하는 방법을 알아냈기 때문에 상을 받았다고 말했습니다.

1950년대 과학자들이 개발한 촉매는 모두 다성분계 촉매였는데, 그 주된 이유는 당시에는 반응 메커니즘이 아직 이해되지 않았고, 어떤 활성 물질이 역할을 하는지 몰랐기 때문이다. , 그래서 그들은 촉매작용을 위해 다양한 혼합물이 사용됩니다. 이러한 촉매 시스템은 가혹한 반응 조건과 같은 요인에 의해 제한되기도 하며, 과학자들은 반응 메커니즘을 더 깊이 이해하고 이해해야 합니다.

1970년대 프랑스 석유연구소의 이브 쇼뱅(Yves Chauvin)은 이론적 돌파구를 달성했습니다. 그는 금속 헤테로사이클로부탄 중간체를 형성하기 위한 [2+2] 고리 첨가를 통해 알켄과 금속 카르벤의 상호 전환 과정을 명확히 했습니다. 메탈릭카벤은 탄소원자가 금속원자와 이중결합으로 결합된 유기분자의 일종을 말하며, 춤으로 간단히 설명하면 손을 잡고 춤추는 한 쌍의 파트너라고 볼 수 있다. 알켄 분자에서 두 개의 탄소 원자는 손을 잡고 춤을 추는 파드되(pas de deux)의 파트너와 같습니다. 금속 카르벤이 올레핀 분자를 만난 후 두 쌍의 댄스 파트너는 일시적으로 결합하여 손을 잡고 4인 댄스를 춥니다. 그런 다음 그들은 "파트너를 교환"하고 결합하여 두 개의 새로운 분자를 형성합니다. 그 중 하나는 새로운 알켄 분자이고 다른 하나는 금속 원자와 새로운 댄스 파트너입니다. 후자는 계속해서 다음 알켄 분자를 찾고 "교환 파트너"를 다시 찾을 것입니다.

보도에 따르면 올레핀의 복분해 반응법은 현재 화학산업에서 주로 의약품 및 첨단 플라스틱 소재 개발에 널리 활용되고 있다. Chauvin, Grubb, Schrock 등의 연구를 통해 복분해 방법은 더욱 효과적이게 되었고, 반응 단계는 이전보다 간단해졌으며, 필요한 자원도 크게 줄어들었으며 사용도 더욱 간단해졌습니다. 정상적인 온도와 압력 하에서 완성될 수 있으며 환경 오염도 크게 줄어들어 인류가 "녹색 화학"을 향한 또 다른 큰 발걸음을 내디뎠습니다.

양진은 20세기 유기화학이 찬란하게 빛나고 예술작품도 많이 발명됐지만 가장 빛나는 발명품은 의심할 여지없이 '유기합성을 위한 올레핀 복분해 반응법'이라고 말했다. 올해 노벨상 수상자인 Yang Zhen은 자신의 작품을 설명할 때 '예술', '매력'이라는 단어를 사용하는 것을 좋아합니다. 그는 올레핀 복분해 반응 방법이 유기 화학자들에게 연구 과정에서 "신속한 경로"를 제공하고 더 나은 예술적 영역에 더 빨리 도달하는 데 도움이 될 수 있다고 말했습니다.

더욱 놀라운 점은 이 방법이 포스트게놈 시대의 생명과학 연구에 더 나은 가능성을 제공한다는 점이다. 양진 교수는 생명과학 연구가 도래한 '포스트 게놈 시대'는 주로 인체의 기능을 연구하는 것이라고 설명했다. 가장 어려운 부분은 생물학적인 부분이 아니라 어떤 화학을 이용해 생명체를 연구하는가이다. 체계. 인체에는 복잡하고 거대한 미시세계가 숨겨져 있습니다. 특정 단백질의 공간적 형태나 발현에 문제가 생기면 인체에는 특정 질병의 증상이 나타나게 됩니다. 의학의 목적은 이러한 비정상적인 상태를 바꾸고 건강을 회복시키는 것입니다.

이 연구 과정에서 가장 큰 병목 현상은 인간의 30,000개 활성 유전자에서 발현되는 단백질이 체내에서 정확히 어떤 일을 하는지 입니다. 사람의 생리에 질병 증상이 나타나면 어떤 유전자가 변합니까? 인간이 달에 착륙하려면 탐지기가 필요한 것처럼, 이 과정을 이해할 수 있는 수단 또는 "탐지기"는 작은 화학 분자입니다. 즉, 작은 분자는 병든 부분을 탐지하는 데 사용되며 병든 부분을 신속하게 수리하고 조정할 수 있습니다. 원래 상태는 정상입니다. 이 정도 수준에 도달하면 더 이상 암 등 '불치병'을 걱정할 필요가 없게 된다. 이것이 바로 사람들이 미래에 기대하고 있는 기적입니다.

따라서 수천 개의 작은 분자의 빠른 합성은 의학 및 약물 연구의 다음 단계에서 가장 큰 병목 현상입니다. 유기 합성의 올레핀 복분해 반응 방법은 이러한 활성 소분자 검출기의 신속한 합성 가능성을 제공하여 인류가 최종적으로 스스로를 이해할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다.

이 분야에 대한 우리나라의 연구 수준에 대해서도 우려하는 사람들이 있습니다. 양진은 이 분야에 대한 우리나라의 연구는 아직 매우 미약하며 노벨상 결과와의 격차도 비교할 수 없다고 말했습니다. 《과학적 관찰》은 논문 인용 횟수로 볼 때 이 분야가 국제적으로 뜨거운 첨단과학이라고 지적했다. 그러나 중국과학원 문서정보센터의 통계에 따르면 우리나라에는 이 분야의 주요 주제와 프로젝트가 거의 없는 것으로 나타났습니다.

병원성 미생물 연구의 놀라움

중국과학원 미생물연구소 소장 가오푸는 인터뷰에서 업계 내 많은 동료들의 기분을 '놀라움'으로 표현했다. "Lookout News Weekly"와 함께하세요.

가오푸의 '놀라움'은 오늘날 병원성 미생물 연구가 더 이상 기초 연구의 주류 위치를 차지하지 않는 시대에 작은 헬리코박터 파이로리의 발견이 과학계 최고상을 받을 수 있다는 점이다. '기쁨'은 사스, 조류인플루엔자, 연쇄상구균 등 감염병 '시험' 이후 다시 한 번 진정된 듯 보였던 병원성 미생물과 감염병에 세계가 다시 관심을 돌린 데서 나온다. 더 중요한 것은, 노벨상의 선정은 종종 연구의 새로운 방향과 신호를 드러내며, 이는 필연적으로 수년 동안 방치되어 있던 이 연구 분야에서 글로벌 과학 기술 공동체의 자원을 재편성하여 다음과 같은 결과를 가져올 것이라는 점입니다. 중국을 포함한 세계 각국의 감염병 예방 및 통제 정책의 긍정적인 변화는 의심할 바 없이 조류인플루엔자 예방에 긍정적이고 광범위한 영향을 미칠 것입니다.

올해 노벨 생리의학상을 좀 더 넓은 시각에서 평가한 것은, 이 상이 주창하는 ‘예상치 못한 일을 장려한다’는 과학적 연구 이념을 다시 한번 확인시켜 주는 것입니다. 1982년 이전에는 의학계에서는 감정, 긴장, 업무 압박 등이 위장병을 일으킨다고 늘 믿었다. “배는 사람의 제2의 얼굴이다”라는 말이 있었다. 따라서 워렌이 1979년 처음으로 헬리코박터 파일로리를 발견했을 때 이는 기존의 의학적 교리와 맞지 않았습니다. 20여년이 지난 후에도 수상 소집 통지를 받은 68세의 워렌은 당시의 어려웠던 연구 상황을 아직도 기억하고 있다. 실행하기가 너무 어려워 실제로 박테리아에 의해 발생한다고 믿는 사람이 거의 없습니다!" 병원성 메커니즘을 입증하기 위해 워렌의 협력자 마샬도 박테리아가 포함된 용액을 마시고 중병에 걸렸습니다. 그들의 "완고한" 혁신 정신과 과학에 대한 헌신은 과학기술계에서도 존경을 받았습니다.

Gao Fu는 노벨상이 발표되기 전에 사람들이 "Albert-Mary Lasker Foundation Award"를 수상한 DNA "지문" 및 줄기 세포 연구 분야에 대해 일반적으로 낙관적이었다고 밝혔습니다. 분자생물학, 신경과학, 줄기세포 등 최첨단 연구 결과와 비교하면 1982년에 발견된 헬리코박터 파일로리균은 가장 '민간적인' 결과라고 할 수 있다. 그래서 수상 소식이 알려지자마자 적잖은 충격을 불러일으켰고, 논란까지 불러일으켰다. 그러나 인간을 대상으로 한 실험, 항생제 치료, 역학 연구를 통해 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori)가 다음과 같은 질병에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀진 것은 마샬(Marshall)과 워렌(Warren)의 연구 결과가 발표된 이후부터 전 세계적으로 뜨거운 반응을 불러일으켰다는 점도 인정해야 합니다. 위염 및 위궤양과 같은 질병에서 이 병원체의 역할은 점차 명확해졌고, 이 병원체의 병원성 메커니즘에 대한 과학자들의 이해는 계속해서 깊어졌습니다. 현재 의사들은 항체 검사, 내시경 검사, 호흡 검사를 통해 헬리코박터 파일로리 감염을 진단할 수 있습니다. 연구에 따르면 십이지장 궤양의 90% 이상, 위궤양의 약 80%가 헬리코박터 파이로리 감염에 의해 발생하는 것으로 나타났습니다. 심사위원단이 수상 발표문에서 밝혔듯이 “위궤양은 이제 더 이상 재발성 만성질환이 아니다”가 아니라 “항생제와 위산분비억제제를 단기간 투여하면 치료할 수 있는 질병”이 됐다. 마샬과 워렌의 발견은 위 질환에 대한 전 세계의 이해에 혁명을 일으켰고, 위궤양 및 기타 질병 환자의 완치 가능성을 크게 향상시켰으며, 인간 삶의 질 향상에 기여했습니다.

위궤양이 미생물 감염에 의해 발생한다는 결론은 과학자들에게 다음과 같은 생각을 갖게 했습니다. 미생물이 류마티스 관절염 및 기타 질병의 발병에도 역할을 하는가? 헬리코박터 파이로리와 위암 및 일부 림프종의 발생 사이의 연관성도 과학 연구의 초점이 되었습니다. 이러한 연구는 아직 명확한 결론을 내리지 못했지만, 노벨상 심사위원단은 "헬리코박터 파일로리의 발견은 만성 감염, 염증 및 암 사이의 관계에 대한 인간의 이해를 심화시켰습니다."라고 말했습니다.

헬리코박터 파일로리 박테리아는 인간에 대해 "특별한 선호"를 갖고 있으며 인간은 이 박테리아의 유일한 자연 숙주입니다. 전 세계 인구의 약 50%가 위장에 헬리코박터 파일로리균을 보유하고 있는 것으로 추산되지만, 감염된 사람 중 극소수만이 위궤양 등의 질병을 앓게 됩니다.

충칭에 있는 제3군의대의 미생물학 및 면역학 교육 및 연구실 책임자인 Zou Quanming은 자신의 연구 그룹이 연구하고 있는 "헬리코박터 파일로리 백신"에 대해 Outlook News Weekly와 인터뷰를 했을 때 매우 흥분했습니다. 가까운 미래에 10년 이상이 생산될 것으로 예상됩니다. 이 박테리아를 발견한 두 동료가 노벨상을 수상한 것은 의심할 여지 없이 그들의 연구에 있어서 좋은 소식입니다. 그는 헬리코박터 파일로리의 발견으로 노벨상을 받을 자격이 있다고 말했다. 왜냐하면 전 세계 인구의 절반이 헬리코박터 파일로리로 인해 피해를 입고 있기 때문이다. 사스나 조류인플루엔자 같은 심각한 전염병에 비해 이 질병은 헬리코박터 파일로리 속에 숨겨져 있다. 위점막에 발생하며 발병 과정도 점진적이고 느리기 때문에 은폐성이 높고 기만적입니다. 중국은 위장 질환이 많은 나라다. 세계보건기구(WHO)의 연구에 따르면 헬리코박터 파이로리균 감염률이 높은 지역은 위암 발병률도 높은 것으로 나타나 둘은 밀접한 관련이 있다. 우리나라에서는 매년 20만 명이 위암으로 사망하는데, 이는 암 사망 원인 2위 안에 듭니다.

한때 사람들은 항생제가 대부분의 감염병을 효과적으로 통제할 수 있다고 믿었지만, 사스(SARS)와 조류인플루엔자(AI)가 창궐하면서 문제가 더욱 심각해졌다. 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori)로 인한 광범위한 감염과 피해를 고려하여 항생제 치료는 약물 내성이 발생하기 쉽고 치료 과정이 길다. Zou Quanming의 연구팀은 예방에서 시작하여 인류 건강에 도움이 되기를 희망하면서 1987년에 헬리코박터 파일로리 백신을 연구하기 시작했습니다. . 다행스러운 점은 이 주제가 과기부 '863계획'의 중요한 과학기술계획의 지원을 받았다는 점이다. 1, 2상 임상시험을 마친 뒤 2004년 3단계 임상에 돌입했다. 내년에 생산에 들어갈 것으로 예상된다. Zou Quanming에 따르면 그의 연구 그룹은 헬리코박터 파일로리 백신에 대한 국내 연구 단위 중 가장 빠른 진전을 이루었습니다. 전 세계적으로 백신 연구를 수행하는 동료도 있지만 임상 2상 단계에 불과합니다.

'광학 빗' 수상 소감

"과학적 혁신의 기회는 종종 서로 다른 학문의 교차점에 있습니다. 원래 펨토초 레이저와 주파수 측정은 서로 다른 연구 내용입니다. Hensch 등은 주파수 측정에 펨토초 레이저를 교묘하게 사용하여 새로운 개념의 광학 빗을 탄생시켰습니다. “올해 노벨 물리학상은 중국과학원 물리학 연구소 연구원인 Wei Zhiyi에게 많은 것을 느끼게 했습니다. . 그는 "Lookout News Weekly"에 광학 빗질은 실제로 매우 복잡한 개념도 아니고 사람들이 추측하는 것처럼 모호하지도 않다고 말했습니다. 예를 들어, 다음과 같이 질문할 수 있습니다. 촛불에서 방출되는 빛과 CD 플레이어에서 사용되는 레이저 빔의 차이점은 무엇입니까? 빛이 원자시계보다 시간 등을 측정하는 더 정확한 수단으로 사용될 수 있을까요? 올해 노벨 물리학상의 연구 결과는 이러한 질문에 답합니다.

소위 "광학 빗"은 일련의 균일하게 분포된 주파수를 갖는 스펙트럼입니다. 이러한 스펙트럼은 빗의 이빨이나 자의 비늘과 같습니다. "광학 빗"은 알려지지 않은 스펙트럼의 특정 주파수를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 20세기 후반에 Hall과 Hensch는 "광학 빗" 기술을 효과적으로 개선했으며 그 정확도는 이제 소수점 이하 15자리까지 도달할 수 있습니다.

우리 삶에서 나도 모르게 흘러가는 '시간'은 물리학자들에게 특별한 의미를 지닌다. 웨이즈이(Wei Zhiyi)는 현재 모든 물리량 중 시간이 가장 정확하고 정확한 기본 단위라고 말했고, 국제도량형위원회는 길이가 시간의 파생 단위가 되었다고 공식적으로 발표했습니다. 시간 측정의 정확성으로 인해 현대 과학 기술 구축의 중요한 초석일 뿐만 아니라 일상 생활에서 유비쿼터스 휴대전화인 GPS(지구 위치 확인 시스템), 우주 항법 등에서도 핵심 역할을 합니다. 주파수 표준 마이크로파 원자 시계의 고정밀 응용을 기반으로 합니다.

주파수 표준의 정확성을 향상시키는 방법은 항상 물리학자들의 관심사였습니다. 레이저가 탄생하자마자 사람들은 새로운 시간 표준으로 마이크로파 시계 대신 광학 주파수를 사용하는 것을 생각했습니다. 그러나 마이크로파 주파수와 광 주파수 사이의 연결을 고정밀도로 구현하는 방법은 수년 동안 이 연구를 제한하는 주요 병목 현상이 되었습니다.

1970년대 초 독일 과학자 Hensch 등은 초단파 레이저 펄스를 마이크로파와 광학 주파수를 연결하는 브리지로 사용할 가능성을 제안했습니다. 지난 세기 말 펨토초 레이저 기술의 급속한 발전과 함께 홀 교수 연구팀은 안정적인 펨토초 레이저 빔을 최초로 구현하고 이를 이용해 파장 772나노미터의 레이저 주파수를 측정하는 데 성공했다.

마이크로파 주파수 표준을 이용하여 최초로 광주파수 표준을 직접 측정할 수 있게 된 것은 바로 광빗의 발명 덕분이며, 이를 통해 보다 정밀한 차세대 광시계를 개발하고 이를 실현할 수 있게 된 것입니다. 광 주파수 표준을 사용하면 마이크로파 주파수 표준을 교정할 수 있습니다. 이 획기적인 발전은 주파수 측정 역사상 혁명적인 발전으로 널리 알려져 있을 뿐만 아니라 아토초(10-18초)의 레이저 정밀 분광학 개발을 촉진합니다. 레이저 물리학 및 기타 분야는 기본 물리적 상수의 정확한 측정과 GPS 정확도의 추가 개선에 중요한 응용 프로그램을 가지고 있습니다.

노벨상 심사위원단이 공개한 자료에 따르면 홀과 헨쉬의 연구로 인해 '광학 빗'과 같은 기술의 측정 정확도가 앞으로 더욱 향상될 것으로 예상되며 활용도를 찾을 수 있을 것으로 보인다. 많은 분야에서. 이러한 기술은 기존 위성 측위 시스템을 개선하고 우주 망원경의 관측 정확도를 향상시킬 것으로 기대됩니다. 또한 유사한 초정밀 측정 기술을 사용하여 물질과 반물질의 관계를 연구하고 특정 자연 상수의 가능한 변화를 감지할 수도 있습니다.

중국과학원 이론물리연구소 쑨창푸 연구원은 우리나라의 양자광학 연구가 1980년대에 들어와서야 서서히 시작됐지만 급속도로 발전해 확실한 성과를 거뒀다고 말했다. 결과. 현재 중국 과학 기술 대학, 상하이 광학 기계 연구소, 산시 대학교, 중국 과학원 이론 물리학 연구소 등 과학 연구 기관에서 좋은 연구 결과가 있습니다.

최근 몇 년간 노벨 물리학상 수상을 되돌아보면 2001년 노벨상 수상 등 올해의 수상자와 관련된 연구로 많은 과학자들이 수상을 했다는 것을 알 수 있다. 우승자 보스-아인슈타인 응축 관련 연구, 1997년 수상한 중국 과학자 스티븐 추(Steven Chu)의 레이저 냉각 및 원자 포착 방법 연구 등 Sun Changpu는 최근 몇 년 동안 노벨 물리학상이 광학 분야의 연구 결과에 더 많은 관심을 기울였다고 믿습니다. 반면에 이러한 첨단 기술 개발에는 매우 기본적인 이론적 연구에 대한 노력이 필요합니다.

Wei Zhiyi는 과학 연구자들이 새로운 지식과 영양을 흡수할 충분한 시간을 갖고, 대부분의 시간을 허비하는 대신 끊임없이 생각하고 탐색할 수 있도록 중국에 더 나은 과학 연구 분위기가 조성되어야 한다고 믿습니다. 일부 절차를 완료하려면 결과를 보여주기 위해 다양한 양식과 보고서를 작성하세요. 그는 중국과학원이 주창하고 추진하는 현재의 지식 혁신 프로젝트와 혁신 문화 건설이 우리나라의 기존 과학 연구 시스템의 단점을 근본적으로 인식했다고 믿습니다. 따라서 “수년간의 축적과 과학연구자들의 부단한 노력을 거쳐 중국 현지의 노벨 물리학상이 탄생할 것이라고 믿을 만한 이유가 있다”고 말했다.