Νόμπελ Χημείας 2025: Από «παιχνίδι-παζλ» σε υλικό του αιώνα

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας 2025 απονεμήθηκε σε τρεις επιστήμονες που πρωτοστάτησαν στην ανάπτυξη μεταλλο-οργανικών πλαισίων (MOFs) – επαναστατικών πορωδών υλικών με ευρείες πιθανές εφαρμογές, από τη δέσμευση νερού σε ερήμους και την αποθήκευση CO₂ έως την χορήγηση φαρμάκων στον οργανισμό.

Μια οθόνη εμφανίζει τους τρεις επιστήμονες που κέρδισαν το Νόμπελ Χημείας 2025 κατά τη διάρκεια της τελετής ανακοίνωσης στη Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών στη Στοκχόλμη, στις 8 Οκτωβρίου - Φωτογραφία: REUTERS

Στις 8 Οκτωβρίου στη Στοκχόλμη (Σουηδία), τρεις επιστήμονες, ο Susumu Kitagawa (74 ετών, Πανεπιστήμιο του Κιότο - Ιαπωνία), ο Richard Robson (88 ετών, Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης - Αυστραλία) και ο Omar M. Yaghi (60 ετών, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια - Μπέρκλεϋ, ΗΠΑ), τιμήθηκαν με το 117ο Βραβείο Νόμπελ Χημείας.

Τα επιτεύγματά τους αφηγούνται μια όμορφη ιστορία πνευματικής φιλοδοξίας, επιμονής στην έρευνα και της δύναμης της διασυνοριακής επιστημονικής συνεργασίας.

Εφαρμογή αφρώδους υλικού πολλαπλών χρήσεων

Η νικητήρια εργασία ονομάζεται «Ανάπτυξη μεταλλο-οργανικών πλαισίων» (MOF). Σε αυτή τη δομή, μεταλλικά ιόντα λειτουργούν ως θεμέλιο, συνδεδεμένα με μακρά οργανικά μόρια που περιέχουν ρίζες άνθρακα. Αυτός ο συνδυασμός δημιουργεί κρυστάλλους με μεγάλες κοιλότητες - πορώδη υλικά με μοναδικές ιδιότητες.

Με την τροποποίηση των δομικών στοιχείων, οι χημικοί μπορούν να σχεδιάσουν MOF για να συλλαμβάνουν και να αποθηκεύουν συγκεκριμένες ουσίες, να προάγουν χημικές αντιδράσεις ή να άγουν ηλεκτρισμό.

«Τα μεταλλο-οργανικά πλαίσια έχουν τεράστιες δυνατότητες, ανοίγοντας πρωτοφανείς ευκαιρίες για τη δημιουργία εξατομικευμένων υλικών με πολλές νέες λειτουργίες», δήλωσε ο Heiner Linke, πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ Χημείας, κατά την τελετή απονομής των βραβείων.

Από τις πρωτοποριακές ανακαλύψεις τριών επιστημόνων, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει δεκάδες χιλιάδες διαφορετικούς τύπους MOF, ανοίγοντας αμέτρητες κατευθύνσεις για την επιστήμη και την τεχνολογία.

Η ιστορία ξεκινά το 1989, όταν ο καθηγητής Ρίτσαρντ Ρόμπσον στο Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης (Αυστραλία) προσπάθησε να εκμεταλλευτεί έναν νέο τρόπο δημιουργίας χημικών δομών.

Συνδύασε θετικά φορτισμένα ιόντα χαλκού με ένα μόριο με τέσσερις βραχίονες που είχε μια χημική ομάδα που προσέλκυε ιόντα χαλκού στην άκρη κάθε βραχίονα. Το αποτέλεσμα ήταν ένας κρύσταλλος με μια ομαλή, ανοιχτή δομή, σαν ένα διαμάντι που περιέχει αμέτρητες κοιλότητες.

Ο Ρόμπσον και οι συνάδελφοί του ανέπτυξαν στη συνέχεια την αρχή «ράβδου-κόμβου» για να δημιουργήσουν ένα κοίλο δίκτυο συντονισμού, ανοίγοντας το δρόμο για τον σχεδιασμό μεταλλικών-οργανικών πλαισίων στο επιθυμητό σχήμα. Ωστόσο, οι αρχικές δομές ήταν ασταθείς και επιρρεπείς σε κατάρρευση, κάτι που ήταν το μεγαλύτερο εμπόδιο στο αρχικό στάδιο.

Τρεις ήπειροι σε μία ανακάλυψη

Ωστόσο, δύο επιστήμονες, ο Susumu Kitagawa και ο Omar Yaghi, έδωσαν σε αυτή τη μέθοδο μια σταθερή βάση. Από το 1992 έως το 2003, έκαναν μια σειρά από επαναστατικές ανακαλύψεις.

Στο Πανεπιστήμιο του Κιότο (Ιαπωνία), ο καθηγητής Κιταγκάβα ανέτρεψε την επικρατούσα πριν από το 1997 αντίληψη ότι οι κοίλοι οργανικοί κρύσταλλοι θα κατέρρεαν αν δεν υπήρχε τίποτα μέσα.

Απέδειξε ότι ήταν δυνατή η δημιουργία υβριδίων οργανικών-μεταλλικών ενώσεων που ήταν ταυτόχρονα πορώδη και ισχυρά, και ότι τα αέρια μπορούσαν να ρέουν μέσα και έξω από αυτές τις δομές. Επίσης, επινόησε τον όρο «αναπνεόμενα MOF», περιγράφοντας την ικανότητα των MOF να διαστέλλονται και να συστέλλονται ως απόκριση στα μόρια που προσροφούν, όπως ακριβώς οι ανθρώπινοι πνεύμονες.

Ως νεαρός μεταπτυχιακός φοιτητής και μελλοντικός καθηγητής, ο Yaghi αναρωτιόταν γιατί η χημεία των υλικών περιοριζόταν στο «κούνημα και ψήσιμο». Από εκεί, του ήρθε η ιδέα να «ράψει» μοριακά μπλοκ σαν παζλ για να δημιουργήσει ένα κρυσταλλικό πλέγμα σύμφωνα με το σχέδιο.

Αυτή η σκέψη έγινε η βάση της «δικτυωτής χημείας» και ήταν αυτός που επινόησε το όνομα MOF για το νέο υλικό. Ανέπτυξε επίσης θεωρητικά σχέδια και δημιούργησε το κλασικό υλικό MOF-5 με την τεράστια επιφάνεια και την υψηλή σταθερότητά του.

Μετά από άγρυπνες νύχτες στο εργαστήριο, ραγισμένους κρυστάλλους και αμέτρητες αποτυχίες, ο κ. Ρόμπσον έθεσε τα θεμέλια για τα MOF. Ο κ. Κιταγκάβα επέδειξε ευέλικτο πορώδες και ο κ. Γιάγκι συστηματοποίησε τις μεθόδους και τη γλώσσα για να βοηθήσει την επιστημονική κοινότητα να συνεχίσει να επεκτείνει τις εφαρμογές της στην κατασκευή και τη ζωή.

Αν και εργάζονται ξεχωριστά σε τρεις ηπείρους, αυτοί οι τρεις γίγαντες της χημείας είναι συνάδελφοι και στενοί φίλοι εδώ και δεκαετίες, συμπληρώνοντας ο ένας τις ερευνητικές ανακαλύψεις του άλλου από το 1989.

Το μέλος της Επιτροπής Χημείας του Νόμπελ, Όλοφ Ράμστρεμ, παρομοίασε την ανακάλυψή τους με τη «μαγική τσάντα της Ερμιόνης Γκρέιντζερ» στα βιβλία του Χάρι Πότερ, μικρή εξωτερικά αλλά αρκετά μεγάλη για να χωρέσει έναν ολόκληρο κόσμο μέσα.

Αυτά τα πρώτα χρόνια και οι δεκαετίες έρευνας έχουν οδηγήσει στο σημερινό βραβείο Νόμπελ. Η ιστορία του MOF μόλις ξεκινά.

(α) Διαδικασία σχηματισμού MOF· (β) Διαδικασία προσρόφησης αερίου ή άλλων ουσιών σε MOF - Δεδομένα: SPRINGER· Δεδομένα: TV

Από το εργαστήριο στη ζωή

Τα MOF χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως στην παραγωγή και στην καθημερινή ζωή. Εκτός από τις χρήσεις που αναφέρει η Επιτροπή Νόμπελ, αυτό το υλικό μπορεί επίσης να αποθηκεύει εκπομπές CO₂ για να τις μετατρέψει σε χρήσιμα οργανικά προϊόντα, να απελευθερώνει φάρμακα στο σώμα, να καταλύει χημικές αντιδράσεις, ακόμη και να επιβραδύνει τη διαδικασία ωρίμανσης των φρούτων παγιδεύοντας το αιθυλένιο.

Αυτά τα παραδείγματα δείχνουν ότι τα MOF δεν είναι μόνο «ωραία» πορώδη υλικά για βασική έρευνα, αλλά και σημαντικές τεχνολογικές πλατφόρμες για την ενέργεια, το περιβάλλον και τη βιοϊατρική, συμβάλλοντας στη βελτίωση της ποιότητας ζωής.

Στο Βιετνάμ, πολλές ερευνητικές ομάδες σε πανεπιστήμια και επιστημονικά ινστιτούτα έχουν εφαρμόσει MOFs στην κατάλυση, την αποθήκευση αερίων και την απελευθέρωση φαρμάκων. Αυτό δείχνει ότι οι εγχώριοι επιστήμονες συμβαδίζουν με τις τάσεις της προηγμένης τεχνολογίας.

Τα επόμενα χρόνια, τα MOF θα εισαχθούν σε ημιβιομηχανικές διεργασίες, θα ενσωματωθούν σε εξοπλισμό συλλογής νερού, σε συσκευές δέσμευσης CO₂, σε στήλες προσρόφησης και σε μεμβράνες λεπτής διήθησης.

Αναμένεται ότι τα επόμενα 5-10 χρόνια, τα MOF θα μπορούν να σχεδιαστούν κατόπιν ζήτησης για ασφαλή αποθήκευση υδρογόνου, επιλεκτικό μοριακό διαχωρισμό, εξαιρετικά ευαίσθητη περιβαλλοντική ανίχνευση και πράσινη χημική κατάλυση – μειώνοντας το ενεργειακό κόστος, μειώνοντας τις εκπομπές και ανοίγοντας μια νέα γενιά αγορών υλικών πλαισίου.

Με την ραγδαία ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης, δεν είναι αδύνατο η Τεχνητή Νοημοσύνη να προωθήσει τη δημιουργία MOFs με υψηλή αξία εφαρμογής σε πολλούς άλλους τομείς.

Ο καθηγητής Omar Yaghi και η βαθμολογία του στο VNU-HCM

Ο καθηγητής Yaghi επισκέφθηκε την πανεπιστημιούπολη του VNU-HCM το 2010 - Φωτογραφία: DPCC

Κατά τη διάρκεια των 30 ετών ίδρυσης και ανάπτυξης, το VNU-HCM έχει λάβει πάντα πολύτιμη συντροφιά από πολλούς διεθνείς εμπειρογνώμονες και επιστήμονες - ειλικρινείς και αφοσιωμένους φίλους που έχουν προσφέρει σπουδαία μαθήματα στη διοίκηση, την έρευνα και την καινοτομία.

Συγκεκριμένα, ο καθηγητής Omar M. Yaghi (Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϊ - UCB), ο κορυφαίος επιστήμονας στον κόσμο στα μεταλλο-οργανικά πλαίσια (MOFs), έχει αφήσει ένα βαθύ σημάδι στο VNU-HCM.

Με ένα αυστηρό αλλά εμπνευσμένο στυλ εργασίας, ο Καθηγητής όχι μόνο βοηθά στην επίτευξη πολλών συγκεκριμένων αποτελεσμάτων, αλλά συμβάλλει και στην αναδιαμόρφωση της κουλτούρας ευαισθητοποίησης και επιστημονικής έρευνας του σχολείου.

Από τη διαδικασία συνεργασίας, το VNU-HCM έχει αντλήσει πολύτιμα διδάγματα: Πειθαρχία και πάθος: Η επιστημονική εργασία απαιτεί σοβαρότητα, έντονο πάθος και τυπική εργαστηριακή πειθαρχία· Εξαιρετική ποιότητα : Όλες οι έρευνες πρέπει να πληρούν τα διεθνή πρότυπα, να δημοσιεύονται μόνο στα πιο έγκριτα περιοδικά· Ταλέντο και μεταχείριση: Οι επιστήμονες πρέπει να υποστηρίζονται από κορυφαίους συμβούλους, επαρκείς ερευνητικές συνθήκες και ένα καθεστώς ανάλογο με την «αγοραία αξία»· Εφαρμοσιμότητα: Παρόλο που πρόκειται για βασική έρευνα, πρέπει να στοχεύει στην ικανότητα υποβολής αιτήσεων και προσέλκυσης χρηματοδότησης - κάτι που ο ίδιος ο καθηγητής Yaghi έχει κάνει άμεσα με το VNU-HCM· Ανθρωπιστική συμπεριφορά και αυστηρότητα: Αυστηρή στην εξειδίκευση αλλά ευγενική, στενή και πάντα έτοιμη να μοιραστεί.

Το 2022, ο καθηγητής Omar M. Yaghi τιμήθηκε με το βραβείο VinFuture, αλλά η μεγαλύτερη σημασία έχουν οι αξίες που άφησε πίσω του - από την εκπαίδευση της νέας γενιάς επιστημόνων, την οικοδόμηση Κέντρων Αριστείας (CoE), έως τη διάδοση του πνεύματος της επαγγελματικής έρευνας και της αφοσίωσης στη γνώση.

Αναπληρωτής Καθηγητής, Δρ. PHAN THANH BINH (πρώην Διευθυντής του VNU-HCM)

Επιστροφή στο θέμα

Αναπληρωτής Καθηγητής, Δρ. Nguyen Thanh Vinh - Lyly Nguyen

Πηγή: https://tuoitre.vn/nobel-hoa-hoc-2025-tu-do-choi-xep-hinh-den-vat-lieu-the-ky-20251008222351112.htm