Нобелівську премію з хімії за 2016 рік присуджено вченим Жан-П'єру Саважу, Фрезеру Стоддарту та Бернарду Ферінгу за роботи з синтезу "молекулярних машин", оголосила Королівська шведська академія наук, яка відповідає за присудження нагороди, у середу в Стокгольмі.
Нижче наводяться біографії лауреатів.
© AP Photo / Catherine Schroder
© AP Photo / Catherine Schroder
В 1971 отримав ступінь доктора філософії в Університеті Страсбурга (Франція) під керівництвом відомого хіміка Жана-Марі Лена (Jean-Marie Lehn). Постлікарські дослідження проводив в Університеті Оксфорда під керівництвом хіміка Малколма Гріна (Malcolm Green).
У 1971-1979 роках – науковий співробітник Національного центру наукових досліджень Франції (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS).
У 1979-2009 роках – директор з наукових досліджень Національного центру наукових досліджень Франції.
У 1981-1984 роках – професор Страсбурзького університету.
У 2009-2010 роках – запрошений професор Університету Цюріха.
У 2010-2012 роках – запрошений науковий співробітник Північно-Західного університету (штат Іллінойс, США).
З 2009 року по теперішній час – почесний професор Страсбурзького університету, почесний директор Національного центру наукових досліджень Франції.
Член-кореспондент Академії наук Франції з 1990 року, член Академії наук Франції з 1997 року.
Жан-П'єр Саваж є піонером у галузі взаємного механічного блокування молекулярних архітектур.
Фрезер Стоддарт
Дослідження Ферінга були удостоєні низки нагород, серед яких Золота медаль Піно (Pino Gold Medal) Італійського хімічного товариства (1997), Премія пам'яті Аруна Гутіконда (Guthikonda Award) Колумбійського університету (2003), Премія Кербера (Körber European Sci ім. Артура Коупа (Arthur C. Cope Late Career Scholars Award) Американського хімічного товариства (2015), японські премії Ямада-Кога (Yamada-Koga Prize) та Nagoya Gold Medal prize (2013) в галузі органічної хімії та ін.
5 жовтня 2016 року Бернард Ферінга (разом із вченими Жан-П'єром Саважем та Фрезером Стоддартом) за роботи з синтезу молекулярних механізмів, які можуть здійснювати спрямовані рухи і тим самим діяти як справжні машини.
Матеріал підготовлений на основі інформації РІА Новини та відкритих джерел
ВСІ ФОТО
Нобелівську премію з хімії 2016 року присудили трьом вченим за проектування та синтез молекулярних машин. Нагороду отримали дослідник з Нідерландів Бернард Ферінга, британець Джеймс Фрейзер Стоддарт і француз Жан-П'єр Соваж, який працює в США, повідомляється в прес-релізі Нобелівського комітету.
Вчені змогли розробити найменші у світі машини. Дослідники зуміли зв'язати молекули разом, створивши крихітний ліфт, штучні м'язи та мікроскопічні мотори. "Лауреати Нобелівської премії з хімії 2016 року зменшили машини та перевели хімію у новий вимір", - йдеться на сайті комітету. У прес-релізі наголошується, що з розвитком обчислювальної техніки мініатюризація технологій може призвести до перевороту.
Група вчених розробила молекули з керованими рухами, які можуть виконувати завдання під час додавання енергії. Перший крок на шляху до створення молекулярних машин зробив Соваж в 1983, сформувавши ланцюг з двох кільцеподібних молекул, що отримала назву катенан. Щоб машина могла виконати завдання, вона має складатися з частин, які б переміщатися щодо одне одного. Саме цій вимогі відповідали два з'єднані Соважем кільця.
Другий крок зробив Стоддарт у 1991 році, синтезувавши ротаксан - з'єднання, в якому на гантелеподібну молекулу надіта кільцева. Серед його розробок – молекулярний ліфт, молекулярний м'яз та створений на основі молекул комп'ютерний чіп.
Нарешті, Ферінга у 1999 році продемонстрував роботу молекулярних двигунів.
Передбачається, що в майбутньому молекулярні машини використовуватимуть у створенні нових матеріалів, датчиків та систем запасу енергії.
Стоддарт народився 1942 року в Единбурзі. Вчений спеціалізується в галузі супрамолекулярної хімії та нанотехнологій, працює в Північно-західному університеті в американському штаті Іллінойс. Соваж народився Парижі 1944 року, займається наукової діяльністю у Страсбурзькому університеті, його спеціалізація - координаційні сполуки. Ферінга, який народився 1951 року в місті Баргер-Компаскум у Нідерландах, є професором органічної хімії в голландському університеті Гронінген.
Розмір Нобелівської премії складає 8 млн. шведських крон. Нагороду з хімії присуджують з 1901 року (крім 1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 та 1942 років). Цього року премію вручили у 108-й раз.
У 2015 році Нобелівську премію з хімії було присуджено шведу Томасу Ліндалу, громадянину США Полу Модрічу та американцю турецького походження Азізу Санкару за дослідження механізмів репарацій ДНК. Робота вчених дала світові фундаментальні знання про функції живих клітин та, зокрема, про їх використання у нових методах боротьби з раком, повідомили у Нобелівському комітеті. Передбачається, що близько 80-90% всіх ракових захворювань пов'язані з відсутністю репарації ДНК.
Згідно з правилами, Нобелівська премія з фізики та хімії може бути присуджена виключно авторам статей, опублікованих у пресі, що рецензується. Крім того, відкриття має бути справді суттєвим та універсально визнаним світовим науковим співтовариством, тому експериментатори отримують премію частіше за теоретиків.
Напередодні у Стокгольмі вручили Нобелівську премію з фізики. Нагороди отримали троє британських учених, які працюють у США. Британець Дункан Холдейн та американці шотландського походження Девід Таулесс та Майкл Костерліц отримали премію за "теоретичні відкриття топологічних фазових переходів та топологічних фаз матерії". Вчені досліджували незвичайні стани матерії. Йдеться про надпровідники, суперрідини і тонкі магнітні плівки.
Нобелівську премію з фізіології та медицини за 2016 рік 3 жовтня присудили 71-річному японському вченому Есінорі Осумі. Його нагородили за відкриття в області аутофагії (від грец. "Самопоїдання") - процесу, при якому внутрішні компоненти клітини доставляються всередину її лізосом (у ссавців) або вакуолей (клітини дріжджів) і піддаються в них деградації.
Нобелівську премію з хімії за 2016 рік присуджено трьом дослідникам: Жан-П'єру Соважу з Університету Страсбурга, Джеймсу Фрейзеру Стоддарту з Північно-Західного університету (США) та Бернарду Ферінгу з Університету Гронінгена (Нідерланди).
«Мініатюрні ліфти, м'язи та двигуни.
Ці вчені створили молекули з контрольованими рухами, здатні виконувати роботу під час підведення до них енергії», — йдеться у заяві Нобелівського комітету.
Члени Нобелівського комітету під час презентації лауреатів порівняли винахід молекулярних машин з розвитком машин на початку XIX століття, у тому числі пізнішим розвитком електричних моторів, що стали одним із ключових етапів промислової революції. За кілька хвилин Нобелівському комітету вдалося додзвонитися до одного з лауреатів — Бернарда Ферінга.
"Я не знав, що сказати, це був великий сюрприз", - відповів Ферінга на запитання шведського журналіста, якими були перші слова вченого, коли він дізнався про присудження йому премії. Хімік обіцяв, що обов'язково відсвяткує премію зі своєю командою та студентами.
«Це був великий шок, я навряд чи вірив, що вона працює», — сказав він на запитання того ж журналіста про реакцію на першу молекулярну машину, що заробила. Хімік пояснив, що розвиток молекулярних машин допоможе у майбутньому лікарям використовувати мікророботів для доставки ліків у потрібне місце організму, а також для пошуку ракових клітин та інших завдань. Також він розповів, як дійшов ідеї створення молекулярних машин.
Модель молекулярної машини Ферінги
nobelprize.org«Я почав з винаходу перемикачів - ми хотіли створити молекулярні перемикачі, які можливо переводити зі стану нуль у стан один за допомогою світла.
Це стало початком для створення наших моторів розміром в нанометри, а коли вам вдається створити їх, ви можете вже думати про подальші механізми транспорту та руху», — додав Ферінга.
Перший крок до створення молекулярних машин зробив ще в 1983 Жан-П'єр Соваж, коли об'єднав дві кільцеві молекули разом, утворивши ланцюжок, названий катенаном.
У нормі молекули з'єднані сильними ковалентними зв'язками, в яких атоми обмінюються електронами, але коли вони механічно об'єднані в ланцюг, зв'язок стає вільнішим.
Наступний поштовх у розвитку дала розробка Фрейзером Стоддартом ротаксанов - з'єднань, що складаються з молекулярної осі та «надетої» на неї кільцевої молекули. Вчений показав, що ця молекула могла їздити вздовж осі. На основі ротаксанів Стоддарт створив молекулярний ліфт, молекулярні м'язи та молекулярний комп'ютерний чіп.
Бернард Ферінг був першим, хто розробив молекулярний мотор. 1999 року він змусив молекулярну роторну лопатку постійно обертатися в одному напрямку. Використовуючи молекулярні мотори, він зміг повертати скляні циліндри, які були в 10 тис. разів більші за сам мотор, а надалі спроектував «наноавтомобіль».
Зараз молекулярні мотори знаходяться приблизно на тій же стадії розвитку, на якій електричні були в 1830-і роки, коли вчені конструювали колеса, що обертаються за допомогою важелів, і не підозрювали про те, що це призведе до появи електропоїздів, пральних машин, фенів і кухонних комбайнів.
Молекулярний двигун
nobelprize.orgМолекулярні двигуни, швидше за все, будуть використовуватися для створення нових матеріалів, сенсорів та енергозберігаючих систем.
Раніше найбільш претендентами на премію з хімії за версією компанії Thomson Reuters були названі Джордж Черч та Фен Джан, які зуміли відредагувати геноми миші та людини за допомогою системи CRISPR-Cas9. Ця система, що спочатку відповідає за вироблення набутого імунітету у бактерій, виявилася придатною для завдань генної інженерії.
Крім них на нагороду міг розраховувати Денніс Ло, який розробив спосіб виявлення позаклітинної ДНК плода в плазмі крові матері, що допоможе діагностувати деякі генетичні захворювання, та Хіроші Маеда з Ясухіро Мацумурою, які відкрили ефект підвищеної проникності та утримання для макромолекулярних ліків.
Нагорода трьом ученим дісталася за революційні відкриття
У середу, 5 жовтня, у Стокгольмі представниками Королівської шведської академії наук було оголошено рішення про присудження Нобелівської премії з хімії за 2016 рік. Лауреатами стали троє вчених із різних країн: француз Жан-П'єр Соваж (Jean-Pierre Sauvage) із Страсбурзького університету, уродженець Шотландії сер Дж. Фрейзер Стоддарт (Sir J. Fraser Stoddart) із Північно-Західного університету (штат Іллінойс, США) та Бернард Л. Ферінга (Bernard L. Feringa) з Гронінгенського університету (Нідерданди).
Формулювання про нагородження звучить так: «за проектування та синтез молекулярних машин». Цьогорічні лауреати сприяли мініатюризації технології, яка може мати революційне значення. Соваж, Стоддарт і Ферінга не тільки зменшили машини, а й надали хімії нового виміру.
Як говориться в прес-релізі Королівської Шведської академії наук, перший крок до молекулярної машини професор Жан-П'єр Соваж зробив у 1983 році, коли він успішно поєднав дві кільцеподібні молекули разом, сформувавши ланцюг, відомий як катенан. Зазвичай молекули з'єднуються сильними ковалентними зв'язками, в яких атоми діляться електронами, але в цьому ланцюзі вони з'єднані вільнішим механічним зв'язком. Щоб машина могла виконувати завдання, треба, щоб вона складалася з частин, які можуть рухатися щодо один одного. Два з'єднані кільця повністю відповідають цій вимогі.
Другий крок зробив Фрейзер Стоддарт в 1991 році, коли він розробив ротаксан (вид молекулярної структури). Він просунув молекулярне кільце в тонку молекулярну вісь і показав, що це кільце може рухатися вздовж осі. На ротаксанах засновані такі розробки як молекулярний ліфт, молекулярний м'яз і на комп'ютерний чіп.
А Бернард Ферінг був першою людиною, що розробила молекулярний мотор. У 1999 році він отримав молекулярну лопату ротора, що постійно обертається в одному напрямку. Використовуючи молекулярні мотори, він обертав скляний циліндр, який був у 10 тисяч разів більший, ніж мотор, також вчений розробив нанокар.
Цікаво, що лауреати-2016 не надто «світилися» у різних списках фаворитів, які щороку з'являються напередодні «нобелівського тижня».
Серед тих, кому цього року мас-медіа пророкували премію з хімії, наприклад, Джордж М. Черч та Фен Чжан (обидва працюють у США) – за застосування редагування геномів CRISPR-cas9 у клітинах людини та мишей.
Також у списках фаворитів фігурував учений з Гонконгу Денніс Ло (Денніс Ло Юкмін) – за виявлення безклітинної внутрішньоутробної ДНК у материнській плазмі, що справило революцію у неінвазивному пренатальному тестуванні.
Називались і імена японських учених – Хіросі Маєда та Ясухіро Мацамура (за відкриття ефекту збільшеної проникності та затримання макромолекулярних ліків, що є ключовою знахідкою для лікування ракових захворювань).
У деяких джерелах можна було зустріти ім'я хіміка Олександра Спокійного, який народився в Москві, але після переїзду його сім'ї до Америки живе і працює в США. Його називають «висхідною зіркою хімії». До речі, єдиним радянським лауреатом Нобелівської премії з хімії став академік Микола Семенов у 1956 році за розробку теорії ланцюгових реакцій. Найбільше серед нагороджених цією премією – вчені із США. На другому місці – німецькі вчені, на третьому – британські.
Премію з хімії цілком можна назвати «самою Нобелівською з Нобелівських». Адже людина, яка започаткувала цю нагороду, Альфред Нобель був саме хіміком, а в Періодичній системі хімічних елементів поруч із менделевієм знаходиться нобелій.
Рішення про присудження цієї нагороди ухвалює Королівська Шведська академія наук. З 1901-го (тоді першим нагородженим в галузі хімії став голландець Якоб Хендрік Вант-Гофф) по 2015 Нобелівська премія з хімії присуджувалася 107 разів. На відміну від аналогічних нагород у галузі фізики чи медицини її частіше надавали одному лауреату (у 63 випадках), а не декільком одразу. При цьому лише чотири жінки ставали лауреатами з хімії – серед них Марі Кюрі, яка мала також Нобелівську премію з фізики та її доньку Ірен Жоліо-Кюрі. Єдиною людиною, яка отримала хімічного «Нобеля» двічі, став Фредерік Сангер (1958 та 1980 рр.).
Наймолодшим же нагородженим виявився 35-річний Фредерік Жоліо, який отримав премію 1935 року. А найстаршим став Джон Б. Фенн, якого Нобелівська нагорода «нагнала» у віці 85 років.
Минулого року нобелівськими лауреатами з хімії стали Томас Ліндал (Великобританія) та двоє вчених зі США – Пол Модріч та Азіз Санчар (виходець із Туреччини). Нагороду було присуджено їм за «механічні дослідження відновлення ДНК».
Сьогодні стали відомі лауреати Нобелівської премії з хімії 2016 року. "За проектування та синтез молекулярних машин" троє хіміків отримають загалом 58 мільйонів рублів - Жан-П'єр Соваж (Франція), сер Фрейзер Стоддарт (США) та Бернард Ферінга (Голландія). Про те, що таке молекулярні машини і чому їх створення заслуговує на таку престижну наукову нагороду, розповідає Лайф.
Що таке машина у максимально загальному розумінні цього терміна? Це пристрій, заточений під певні операції, здатний виконувати їх "в обмін" на паливо. Машина може обертатися, піднімати або опускати якийсь об'єкт, може навіть працювати в ролі насоса.
Але наскільки малою може бути така машина? Наприклад, деякі деталі механізмів годинника виглядають зовсім крихітними - чи може бути щось менше? Так, безумовно. Фізичні методи дозволяють вирізати шестерню діаметром у пару сотень атомів. Це у сотні тисяч разів менше, ніж знайомий за шкільною лінійкою один міліметр. 1984 року нобелівський лауреат Річард Фейнман поставив фізикам питання про те, наскільки маленьким може бути механізм із рухомими частинами.
Фейнман був натхненний прикладами з природи: джгутики бактерій, що дозволяють цим мікроорганізмам рухатися, обертаються завдяки комплексу, що складається з декількох молекул білків. Але чи може людина створити щось таке?
Молекулярні машини, що складаються, можливо, з усього однієї молекули, здаються чимось із області фантастики. Насправді ми тільки недавно навчилися маніпулювати атомами (відомий експеримент IBM відбувся в 1989 році) і працювати з одиночними нерухомими молекулами. Для цього фізики створюють величезні установки та витрачають неймовірні зусилля. Тим не менш, хіміки знайшли шлях, що дозволяє відразу створювати квінтильйони таких пристроїв. Саме він став предметом Нобелівської премії 2016 року.
Головною проблемою створення машини, що складається з однієї молекули, є хімічна зв'язок. Саме те, що пов'язує всі атоми молекули докупи, заважає їй мати рухливі частини. Щоб вирішити це протиріччя, хіміки " вигадали " новий тип зв'язку - механічний.
На що схожі механічно пов'язані молекули? Уявімо собі велику молекулу, атоми в якій вишикувалися в кільце. Якщо просмикнути через неї інший ланцюжок атомів і теж замкнути її в кільце, ми отримаємо частинку, яку неможливо розділити на два кільця, не розірвавши хімічних зв'язків. Виходить, що з точки зору хімії ці кільця пов'язані, але справжнього хімічного зв'язку між ними немає. До речі, таку конструкцію назвали катенаном, від латинського. catena- Ланцюг. Назва відображає те, що такі молекули схожі на ланки ланцюжка, з'єднані між собою.
Лауреат із Франції, Жан-П'єр Соваж, отримав премію багато в чому за проривні роботи, що стосувалися методів синтезу катенанів. У 1983 році вчений вигадав, як можна подібні молекули отримувати цілеспрямовано. Він став першим, хто синтезував катенан, але метод темплатного синтезу, запропонований ним, використовується й у сучасних роботах.
Є й інший клас механічно пов'язаних сполук, він називається ротаксани. Молекули таких сполук складаються з кільця, крізь яке пройдено ланцюжок атомів. На кінцях цього ланцюжка хіміки поміщають спеціальні "затички", що не дозволяють кільцю зісковзнути з ланцюга. Ними займався інший нобелівський цьогорічний лауреат, сер Джеймс Фрейзер Стоддарт. До речі, уроджений шотландець Стоддарт є володарем титулу лицаря-бакалавра. Присвятила його в лицарі сама королева Єлизавета II за його роботи з органічного синтезу. Втім, зараз Стоддарт працює у США, у Північно-Західному університеті.
У цих класах з'єднань окремі фрагменти можуть вільно переміщатися щодо одного. Кільця катенанів можуть вільно обертатися один щодо одного, а кільце на ротаксані здатне ковзати вздовж ланцюжка. Це робить їх добрими кандидатами на роль молекулярних машин, якими зацікавився Фейнман. Однак, щоб ці конструкції можна було так назвати, від них необхідно домогтися ще одного – керованості.
Спеціально для цього хіміки скористалися базовими ідеями електростатики: якщо зробити одне з кілець зарядженим, а на другому кільці (або ланцюжку) помістити фрагменти, які можуть змінювати свій заряд під дією зовнішніх впливів, то можна змусити кільце відштовхуватися від однієї області кільця (або ланцюжка) та переміщатися до іншої. У перших експериментах вчені навчилися змушувати молекулярні машини виконувати подібні операції з допомогою хімічних впливів. Наступним кроком стало використання для тих самих цілей світла, електричних імпульсів і навіть просто тепла - ці способи передачі "палива" дозволили прискорити роботу машин.
Окремо варто виділити роботу третього лауреата Бернарда Феринги. Голландському хіміку вдалося уникнути механічно пов'язаних молекул. Натомість учений знайшов спосіб змусити обертатися молекули сполуки, що містить традиційні хімічні зв'язки. У 1999 році Ферінг продемонстрував молекулу, схожу на дві з'єднані між собою лопаті. Кожна з цих лопатей намагалася відштовхуватися один від одного, а їхня несиметрична форма робила вигідним обертання лише в одному напрямку, ніби на "осі" між цими лопатями знаходився храповик.
Для того, щоб змусити молекулу працювати як ротор, було досить просто посвітити на неї ультрафіолетом. Лопаті починали обертатися один щодо одного в заданому напрямку. Пізніше хіміки навіть закріпили такі молекули-ротори на величезній (порівняно з самим ротором) частинці і таким чином змусили її обертатися. До речі, швидкість обертання вільного ротора може досягати десятка мільйонів обертів на секунду.
За допомогою цих трьох найпростіших молекул хіміки спромоглися створити цілий набір різноманітних молекулярних машин. Одним з найкрасивіших прикладів є молекулярна "м'яз", що є дивним гібридом катенана і ротаксана. При хімічних впливах (додаванні солей міді) "м'яз" скорочується на два нанометри.
Інший варіант молекулярної машини – "ліфт", або підйомник. Його представила у 2004 році група Стоддарта на основі ротаксанів. Пристрій дозволяє піднімати та опускати молекулярний майданчик на 0,7 нанометра, виробляючи "відчутне" зусилля в 10 пікопаскалів.
У 2011 році Ферінг показав концепцію чотирироторної молекулярної "машини", здатної їздити під дією електричних імпульсів. " Наномашину " як вдалося побудувати, а й вдалося підтвердити її працездатність: кожен оборот роторів справді трохи змінював становище молекули у просторі.
Хоча ці пристрої виглядають цікавими, необхідно згадати, що однією з вимог Нобеля до лауреатів була важливість відкриттів для науки і людства. Частково на питання "а навіщо це потрібно?" відповів Бернард Ферінга, коли йому повідомили про нагороду. За словами хіміка, маючи подібні керовані молекулярні машини, стає можливим створення медичних нанороботів. "Уявіть собі крихітних роботів, яких лікарі майбутнього зможуть ввести у ваші вени і направити на пошук ракових клітин". Вчений зазначив, що почувається так само, як, ймовірно, почувалися брати Райт після першого польоту, коли люди запитували їх про те, навіщо можуть бути взагалі потрібні літаючі машини.