פרס נובל לכימיה 2025: מ"צעצוע פאזל" לחומר המאה

Nobel Hóa học 2025 - Ảnh 1. — מסך מציג את שלושת המדענים שזכו בפרס נובל לכימיה לשנת 2025 במהלך טקס ההכרזה באקדמיה המלכותית השוודית למדעים בסטוקהולם, ב-8 באוקטובר - צילום: רויטרס

ב-8 באוקטובר בסטוקהולם (שוודיה), שלושה מדענים, סוסומו קיטאגאווה (בן 74, אוניברסיטת קיוטו - יפן), ריצ'רד רובסון (בן 88, אוניברסיטת מלבורן - אוסטרליה) ועומר מ. יאגי (בן 60, אוניברסיטת קליפורניה - ברקלי, ארה"ב), קיבלו את פרס נובל ה-117 לכימיה.

הישגיהם מספרים סיפור יפהפה של שאפתנות אינטלקטואלית, התמדה במחקר וכוחו של שיתוף פעולה מדעי חוצה גבולות.

יישום חומר קצף רב תכליתי

העבודה הזוכה נקראת "פיתוח של מסגרות מתכת-אורגניות" (MOFs). במבנה זה, יוני מתכת משמשים כבסיס, המקושרים למולקולות אורגניות ארוכות המכילות רדיקלים פחמניים. שילוב זה יוצר גבישים בעלי חללים גדולים - חומרים נקבוביים בעלי תכונות ייחודיות.

על ידי כוונון אבני הבניין, כימאים יכולים לתכנן MOFs ללכידה ואחסון של חומרים ספציפיים, לקידום תגובות כימיות או לביצוע חשמל.

"למסגרות מתכת-אורגניות יש פוטנציאל עצום, והוא פותח הזדמנויות חסרות תקדים ליצירת חומרים מותאמים אישית עם פונקציות חדשות רבות", אמר היינר לינקה, יו"ר ועדת נובל לכימיה, בטקס הענקת הפרס.

מתוך התגליות החלוציות של שלושה מדענים, פיתחו חוקרים עשרות אלפי סוגים שונים של MOFs, ופתחו אינספור כיוונים למדע ולטכנולוגיה.

הסיפור מתחיל בשנת 1989, כאשר פרופסור ריצ'רד רובסון מאוניברסיטת מלבורן (אוסטרליה) ניסה לנצל דרך חדשה ליצירת מבנים כימיים.

הוא שילב יוני נחושת טעונים חיובית עם מולקולה בעלת ארבע זרועות, שבקצה כל זרוע הייתה קבוצה כימית שמשכה יוני נחושת. התוצאה הייתה גביש בעל מבנה מסודר ופתוח, כמו יהלום המכיל אינספור חללים.

רובסון ועמיתיו פיתחו לאחר מכן את עקרון "מוט-צומת" כדי ליצור רשת קואורדינציה חלולה, ובכך סלל את הדרך לתכנון מסגרות מתכת-אורגניות בצורה הרצויה. עם זאת, המבנים הראשוניים היו לא יציבים ונוטים לקריסה, וזו הייתה המכשול הגדול ביותר בשלב הראשוני.

שלוש יבשות בפריצת דרך אחת

עם זאת, שני מדענים, סוסומו קיטאגאווה ועומר יאגי, נתנו לשיטה זו בסיס איתן. בין השנים 1992 ל-2003 הם גילו סדרה של תגליות מהפכניות.

באוניברסיטת קיוטו (יפן), פרופסור קיטאגאווה ביטל את התפיסה הרווחת לפני 1997 לפיה גבישים אורגניים חלולים יקרסו אם לא יהיה דבר בפנים.

הוא הדגים שניתן ליצור היברידים של מתכות אורגניות שהן גם נקבוביות וגם חזקות, ושגזים יכולים לזרום פנימה והחוצה מהמבנים הללו. הוא גם טבע את המונח "MOFs נושמים", המתאר את יכולתם של MOFs להתרחב ולהתכווץ בתגובה למולקולות שהם סופחים, בדומה לריאות אנושיות.

כסטודנט צעיר לתואר שני ופרופסור לעתיד, יאגי תהה מדוע כימיה של חומרים מוגבלת ל"ניעור ואפייה". משם, הוא הגה את הרעיון של "תפירת" בלוקים מולקולריים כמו פאזל כדי ליצור סריג גבישי בהתאם לתכנון.

חשיבה זו הפכה לבסיס של "כימיה רשתית", והוא זה שטבע את השם MOF לחומר החדש. הוא גם פיתח עיצובים תיאורטיים ויצר את החומר הקלאסי MOF-5 בעל שטח הפנים העצום והיציבות הגבוהה שלו.

לאחר לילות ללא שינה במעבדה, גבישים סדוקים ואינספור כישלונות, מר רובסון הניח את היסודות ל-MOFs. מר קיטאגאווה הדגים נקבוביות גמישה, ומר יאגי שימש כמערכת לשיטות ולשפה שיסייעו לקהילה המדעית להמשיך ולהרחיב את היישומים שלה לייצור ולחיים.

למרות שעבדו בנפרד על שלוש יבשות, שלושת ענקי הכימיה הללו היו עמיתים וחברים קרובים במשך עשרות שנים, ומשלימים את פריצות הדרך המחקריות של זה מאז 1989.

חבר ועדת נובל לכימיה, אולוף רמסטרום, השווה את תגליתם ל"שק הקסמים של הרמיוני גריינג'ר" בספרי הארי פוטר, קטן מבחוץ אך גדול מספיק כדי להכיל עולם שלם בתוכו.

אותן שנים ועשרות שנים של מחקר הובילו לפרס נובל היוקרתי כיום. סיפורו של MOF כמובן רק מתחיל.

Nobel Hóa học 2025: Từ 'đồ chơi xếp hình' đến vật liệu thế kỷ - Ảnh 4. — (א) תהליך היווצרות MOF; (ב) תהליך ספיחה של גז או חומרים אחרים לתוך MOF - נתונים: SPRINGER; נתונים: TV

מהמעבדה אל החיים

MOFs נמצאים כיום בשימוש נרחב בייצור ובחיי היומיום. בנוסף לשימושים שהוזכרו על ידי ועדת נובל, חומר זה יכול גם לאגור פליטות CO₂ כדי להמיר אותן למוצרים אורגניים שימושיים, לשחרר תרופות בגוף, לזרז תגובות כימיות ואף להאט את תהליך ההבשלה של פירות על ידי לכידת אתילן.

דוגמאות אלה מראות כי MOFs אינם רק חומרים נקבוביים "נחמדים" למחקר בסיסי, אלא גם פלטפורמות טכנולוגיות חשובות לאנרגיה, סביבה וביו-רפואה, התורמות לשיפור איכות החיים.

בווייטנאם, קבוצות מחקר רבות באוניברסיטאות ובמכונים מדעיים יישמו MOFs בקטליזה, אחסון גז ושחרור תרופות. ממצא זה מראה שמדענים מקומיים עומדים בקצב המגמות הטכנולוגיות המתקדמות.

בשנים הקרובות, MOFs יוכנסו לתהליכים חצי-תעשייתיים, ישולבו בציוד לאיסוף מים, לכידת CO₂, עמודות ספיחה וממברנות סינון עדין.

הצפי הוא שב-5-10 השנים הקרובות ניתן יהיה לתכנן MOFs לפי דרישה לאחסון מימן בטוח, הפרדה מולקולרית סלקטיבית, חישה סביבתית רגישה ביותר וקטליזה כימית ירוקה - מה שיפחית את עלויות האנרגיה, יפחית פליטות ויפתח דור חדש של שווקי חומרי שלד.

עם ההתפתחות המהירה של בינה מלאכותית, לא מן הנמנע שבינה מלאכותית תקדם את יצירתם של MOFs בעלי ערך יישומי גבוה בתחומים רבים אחרים.

פרופסור עומר יגי וסימנו ב-VNU-HCM

Nobel Hóa học 2025: Từ 'đồ chơi xếp hình' đến vật liệu thế kỷ - Ảnh 3. — פרופסור יגי ביקר בקמפוס של VNU-HCM בשנת 2010 - צילום: DPCC

במשך 30 שנות הקמה ופיתוח, VNU-HCM זכתה תמיד לליווי יקר ערך ממומחים ומדענים בינלאומיים רבים - חברים כנים ומסורים שהביאו עמם לקחים רבים בניהול, מחקר וחדשנות.

בפרט, פרופסור עומר מ. יגי (אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי - UCB), המדען המוביל בעולם בתחום המסגרות המתכתיות-אורגניות (MOFs), הותיר חותם עמוק ב-VNU-HCM.

עם סגנון עבודה קפדני אך מעורר השראה, הפרופסור לא רק מסייע בהשגת תוצאות ספציפיות רבות, אלא גם תורם לעיצוב מחדש של המודעות ותרבות המחקר המדעי של בית הספר.

מתהליך שיתוף הפעולה, VNU-HCM הפיקה לקחים חשובים: משמעת ותשוקה: עבודה מדעית דורשת רצינות, תשוקה עזה ומשמעת מעבדתית סטנדרטית; איכות יוצאת דופן : כל המחקר חייב לעמוד בסטנדרטים בינלאומיים, ולפרסם רק בכתבי העת היוקרתיים ביותר; כישרון ויחס: מדענים חייבים לקבל תמיכה מיועצים מובילים, תנאי מחקר הולמים ומשטר התואם "ערך שוק"; תחולה: למרות שמדובר במחקר בסיסי, עליו עדיין לשאוף ליכולת להגיש בקשה ולמשוך מימון - דבר שפרופסור יאגי עצמו עשה ישירות עם VNU-HCM; אנושיות וקפדנות: קפדנית במומחיות אך עדיין אדיבה, קרובה ותמיד מוכנה לחלוק.

בשנת 2022 הוענק לפרופסור עומר מ. יאגי פרס VinFuture, אך המשמעות הגדולה יותר היא הערכים שהותיר אחריו - החל מהכשרת הדור הצעיר של מדענים, בניית מרכזי מצוינות (CoE), ועד להפצת רוח המחקר המקצועי ומסירות לידע.

פרופסור חבר, ד"ר פאן טאנה בין (לשעבר מנהל VNU-HCM)

חזרה לנושא

פרופסור חבר, ד"ר Nguyen Thanh Vinh - Lyly Nguyen

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