特殊材料助力脱碳、为量子技术辟新路、发现免疫系统“密码”，诺贝尔自然科学三大奖出炉

来源：环球时报

【环球时报特约记者 陈山】编者的话：诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖被视为全球自然科学领域影响力最大的科技奖项之一。从10月6日到8日，瑞典方面相继公布了2025年的诺贝尔自然科学三大奖。获奖科学家作出了怎样开创性的贡献，相关成果又将如何影响世界未来的科技发展？

化学奖: 特殊材料助力脱碳

10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔化学奖授予日本京都大学北川进、澳大利亚墨尔本大学理查德·罗布森和美国加州大学伯克利分校奥马尔·亚吉，以表彰他们在“金属有机框架（MOF）”材料方面的开创性工作。

诺贝尔奖评审委员会评价称，三名获奖科学家在“金属有机框架”材料方面的研究成果具有开创性，这种多孔材料可将特定物质封装在结构内部，如今已经大量普及，对脱碳、药物研发以及化学等多个产业领域的发展作出了重要贡献。

《日本经济新闻》网站8日称，“金属有机框架”能够高效分离、回收和储存气体等物质，目前全球研究进展迅速，产业应用也在扩大。该材料内部布满微孔，每克的表面积堪比一个足球场，可大量吸附特定分子。理查德·罗布森率先提出了这种新型分子结构的概念，并预言它可以用于催化化学反应等用途。1989年北川进在近畿大学任职期间，首次发现可利用含有金属与有机物的“金属配合物”形成蜂巢状规则孔洞的多孔性材料。奥马尔·亚吉则研制出多种具备实用价值的“金属有机框架”材料，例如其中一种材料可以从沙漠空气中捕获水蒸气。

科学家们此后发现，“金属有机框架”材料不仅制造简单，还能设计成让目标物质自然进入其微孔中，因此被认为有望以低成本、高效率实现分离与回收。《日本经济新闻》称，如今可以根据需要，设计出不同类型的“金属有机框架”材料，目前已在保持水果新鲜、半导体制造等领域实现实用化，例如可以用来吸附水果释放的乙烯气体，从而延缓其成熟速度；有些能从水中分离全氟和多氟烷基物质（PFAS）；或者用于处理剧毒气体。这种材料今后被寄予厚望的是在脱碳领域的应用。如果能利用它从工厂废气或空气中分离、回收二氧化碳，将大幅减少温室气体排放。

物理学奖: 为量子技术开辟新路

2025年诺贝尔物理学奖被授予在美国进行科研工作的量子物理学家约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷特和约翰·M·马丁尼斯，以表彰他们“在电路中发现宏观量子隧穿效应与能量量子化现象”。

诺贝尔奖评审委员会介绍称，今年恰逢量子力学诞生百年，这3名科学家的核心发现是在宏观量子力学领域，具体来说是在一个“足以握在手中”的电回路中观察到了量子现象。据介绍，量子现象通常是指发生在微观领域的“反直觉”特殊现象：在微观尺度下，粒子不再完全遵循我们熟悉的宏观物理规律。法新社举例称，当普通小球撞击墙壁时，它会被反弹回来；而微观粒子（如电子）却能够穿过看似不可能穿越的能量屏障，这就是所谓的量子隧穿效应。

法新社称，物理学中的一个重大问题是：能够展现量子效应的系统最大尺寸是多少？20世纪80年代，此次获奖的3名量子物理学家构建了一个包括两个超导体的电路，并用一层完全不导电的薄材料将这些超导体分开。在这项实验中，他们展示了一种现象：超导体中所有带电粒子都可以表现出“整齐划一”的行为，就好像它们是充满整个电路的单个粒子一样。这个系统起初被“困在”一个没有电压、但有电流在超导体中流动的状态中。在实验中，该系统展现出量子特性，通过隧穿效应成功“逃离”零电压状态，并产生出一个可测量的宏观效应——可观测的电压。这意味着它们实现了宏观量子隧穿。实验还表明，该系统是量子化的，即只能吸收或释放特定能级的能量，与量子力学的预测相符。

该实验不但证明了量子世界的奇特特性并非完全局限于不可见的微观层面，而且为利用微观世界的物理现象开展实验开辟了新的可能。诺贝尔物理学奖委员会表示，今年的诺贝尔物理学奖所揭示的成果，将为下一代量子技术的发展开辟道路，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器等前沿领域。

生理学或医学奖: 发现免疫系统“密码”

瑞典卡罗琳医学院10月6日宣布，2025年诺贝尔生理学或医学奖将授予日本大阪大学特任教授坂口志文、美国系统生物学研究所玛丽·E·布伦科、美国索诺玛生物疗法公司弗雷德·拉姆斯德尔，以表彰他们在外周免疫耐受机制方面的研究贡献。

《日本经济新闻》网站介绍称，该研究直指免疫机制核心，为自身免疫疾病、过敏及癌症等多种疾病的新疗法开发开辟了道路。人体免疫系统能区分病毒、细菌等外来的“非自身”与组成自己的细胞“自身”。如果无法正确区分非自身与自身，人体免疫系统的无差别攻击可能让人患上自体免疫疾病，例如I型糖尿病以及系统性红斑狼疮等都与自体免疫有关。在这个过程中，坂口志文发现的调节性T细胞可以有效阻止免疫系统攻击人体自身。报道称，坂口志文在京都大学求学期间，读到的一份研究报告显示，切除胸腺的老鼠会出现类似自身免疫疾病的症状，从而产生兴趣并开始研究。他提出假设：T细胞（一种免疫细胞）中存在一种可抑制免疫失控的类型。尽管许多研究者对这种细胞的存在持怀疑态度，坂口志文仍坚持研究，并于1985年证明了调节性T细胞的存在。

1995年坂口志文成功确定了该细胞，成为调节性T细胞的发现者。但初期因缺乏领域主流的支持而一度遭质疑、受冷遇。这种情况一直持续到2001年，美国科学家布伦科和拉姆斯德尔找到了与之相关的基因。此后科学界才普遍接受了调节性T细胞以及外周免疫耐受的概念，加深了对免疫系统如何运作的理解，并由此在预防自身免疫疾病、抑制器官移植排斥反应和癌症治疗方面开展了一系列的新研究。