รางวัลโนเบลสาขาเคมี 2025: จาก 'ของเล่นปริศนา' สู่วัสดุแห่งศตวรรษ

รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2025 ได้มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ 3 คนที่เป็นผู้บุกเบิกการพัฒนาโครงสร้างโลหะอินทรีย์ (MOF) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีรูพรุนอันปฏิวัติวงการที่มีการประยุกต์ใช้ที่มีศักยภาพหลากหลาย ตั้งแต่การกักเก็บน้ำในทะเลทราย การกักเก็บ CO₂ ไปจนถึงการส่งยาในร่างกาย

หน้าจอแสดงรายชื่อ นักวิทยาศาสตร์ 3 คนที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2025 ในพิธีประกาศรางวัลที่ราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดนในกรุงสตอกโฮล์ม เมื่อวันที่ 8 ตุลาคม - ภาพ: REUTERS

เมื่อวันที่ 8 ตุลาคม ที่เมืองสตอกโฮล์ม ประเทศสวีเดน นักวิทยาศาสตร์ 3 คน คือ ซูซูมุ คิตากาวะ (อายุ 74 ปี มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น), ริชาร์ด ร็อบสัน (อายุ 88 ปี มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย) และโอมาร์ เอ็ม. ยากิ (อายุ 60 ปี มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ สหรัฐอเมริกา) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีครั้งที่ 117

ความสำเร็จของพวกเขาบอกเล่าเรื่องราวที่สวยงามของความทะเยอทะยานทางปัญญา ความเพียรพยายามในการวิจัย และพลังของความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ข้ามพรมแดน

การประยุกต์ใช้วัสดุโฟมอเนกประสงค์

ผลงานที่ได้รับรางวัลชนะเลิศมีชื่อว่า "การพัฒนาโครงสร้างโลหะอินทรีย์" (Development of metal-organic frameworks: MOFs) ในโครงสร้างนี้ ไอออนของโลหะทำหน้าที่เป็นรากฐาน เชื่อมโยงกับโมเลกุลอินทรีย์ยาวที่มีอนุมูลคาร์บอน การผสมผสานนี้ก่อให้เกิดผลึกที่มีโพรงขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นวัสดุที่มีรูพรุนและมีคุณสมบัติเฉพาะตัว

นักเคมีสามารถออกแบบ MOF เพื่อจับและจัดเก็บสารเฉพาะ ส่งเสริมปฏิกิริยาเคมี หรือนำไฟฟ้าได้โดยการปรับเปลี่ยนองค์ประกอบพื้นฐาน

“กรอบโครงสร้างโลหะอินทรีย์มีศักยภาพมหาศาล ซึ่งเปิดโอกาสใหม่ๆ มากมายสำหรับการสร้างสรรค์วัสดุที่กำหนดเองได้โดยมีฟังก์ชันใหม่ๆ มากมาย” ไฮเนอร์ ลิงเก้ ประธานคณะกรรมการโนเบลสาขาเคมี กล่าวในพิธีมอบรางวัล

จาก การค้นพบ อันล้ำสมัยของนักวิทยาศาสตร์สามคน นักวิจัยได้พัฒนา MOF ที่แตกต่างกันนับหมื่นประเภท ซึ่งเปิดทิศทางนับไม่ถ้วนให้กับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เรื่องราวเริ่มต้นในปี 1989 เมื่อศาสตราจารย์ Richard Robson จากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์น (ออสเตรเลีย) พยายามใช้แนวทางใหม่ในการสร้างโครงสร้างทางเคมี

เขาผสมไอออนทองแดงที่มีประจุบวกเข้ากับโมเลกุลสี่แขนที่มีหมู่เคมีที่ดึงดูดไอออนทองแดงที่ปลายแขนแต่ละข้าง ผลลัพธ์ที่ได้คือผลึกที่มีโครงสร้างแบบเปิดโล่งเป็นระเบียบ คล้ายกับเพชรที่มีโพรงนับไม่ถ้วน

จากนั้นร็อบสันและเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาหลักการ “ก้าน-โหนด” เพื่อสร้างเครือข่ายการประสานงานแบบกลวง ซึ่งปูทางไปสู่การออกแบบโครงสร้างโลหะ-อินทรีย์ในรูปทรงที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างเริ่มแรกไม่มั่นคงและมีแนวโน้มที่จะพังทลาย ซึ่งเป็นอุปสรรคใหญ่ที่สุดในระยะเริ่มแรก

สามทวีปในหนึ่งความก้าวหน้า

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์สองคน คือ ซูซูมุ คิตากาวะ และ โอมาร์ ยากิ ได้วางรากฐานที่มั่นคงให้กับวิธีการนี้ ตั้งแต่ปี 1992 ถึง 2003 พวกเขาได้ค้นพบสิ่งใหม่ๆ ที่ปฏิวัติวงการมากมาย

ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต (ประเทศญี่ปุ่น) ศาสตราจารย์คิตาคาวะได้ล้มล้างแนวคิดที่เป็นที่นิยมก่อนปี 1997 ที่ว่าผลึกอินทรีย์กลวงจะยุบตัวหากไม่มีสิ่งใดอยู่ข้างใน

เขาสาธิตให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการสร้างสารประกอบอินทรีย์-โลหะที่มีทั้งรูพรุนและแข็งแรง และก๊าซสามารถไหลเข้าและออกจากโครงสร้างเหล่านี้ได้ นอกจากนี้ เขายังเป็นผู้บัญญัติศัพท์ว่า "MOF ขณะหายใจ" ซึ่งอธิบายถึงความสามารถของ MOF ในการขยายตัวและหดตัวเพื่อตอบสนองต่อโมเลกุลที่ดูดซับ ซึ่งคล้ายกับปอดของมนุษย์

ขณะเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและอาจารย์ในอนาคต ยากิสงสัยว่าเหตุใดเคมีวัสดุจึงถูกจำกัดอยู่แค่ “การเขย่าและอบ” เท่านั้น จากนั้น เขาจึงเกิดแนวคิดในการ “เย็บ” บล็อกโมเลกุลให้เหมือนจิ๊กซอว์ เพื่อสร้างโครงตาข่ายผลึกตามแบบที่ออกแบบไว้

แนวคิดนี้กลายเป็นพื้นฐานของ "เคมีเรติคูลาร์" และเขาเป็นผู้บัญญัติชื่อ MOF ให้กับวัสดุใหม่นี้ นอกจากนี้ เขายังพัฒนาการออกแบบเชิงทฤษฎีและสร้างวัสดุคลาสสิก MOF-5 ที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และความเสถียรสูง

หลังจากอดหลับอดนอนหลายคืนในห้องปฏิบัติการ ผลึกแตกร้าว และความล้มเหลวนับไม่ถ้วน คุณร็อบสันได้วางรากฐานสำหรับ MOF คุณคิตากาวะได้แสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่นของรูพรุน และคุณยากิได้จัดระบบวิธีการและภาษาเพื่อช่วยให้ชุมชนวิทยาศาสตร์สามารถขยายการประยุกต์ใช้งานด้านการผลิตและชีวิตได้อย่างต่อเนื่อง

แม้ว่าจะทำงานแยกกันในสามทวีป แต่ผู้เชี่ยวชาญทางเคมีทั้งสามคนนี้ก็เป็นเพื่อนร่วมงานและเพื่อนสนิทกันมานานหลายทศวรรษ โดยเสริมความก้าวหน้าทางการวิจัยของกันและกันมาตั้งแต่ปี 1989

โอลาฟ รามสตรอม สมาชิกคณะกรรมการเคมีโนเบล เปรียบเทียบการค้นพบนี้กับ "ถุงวิเศษของเฮอร์ไมโอนี่ เกรนเจอร์" ในหนังสือแฮรี่ พอตเตอร์ ซึ่งภายนอกมีขนาดเล็กแต่มีขนาดใหญ่พอที่จะบรรจุ โลก ทั้งใบไว้ข้างในได้

การวิจัยในช่วงปีแรกและหลายทศวรรษที่ผ่านมาได้นำไปสู่รางวัลโนเบลอันทรงเกียรติในปัจจุบัน เรื่องราวของ MOF เพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น

(ก) กระบวนการก่อตัวของ MOF; (ข) กระบวนการดูดซับก๊าซหรือสารอื่นเข้าสู่ MOF - ข้อมูล: SPRINGER; ข้อมูล: TV

จากห้องทดลองสู่ชีวิตจริง

ปัจจุบัน MOF ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตและในชีวิตประจำวัน นอกจากการใช้งานตามที่คณะกรรมการโนเบลได้กล่าวถึงแล้ว วัสดุนี้ยังสามารถกักเก็บการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เพื่อเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์อินทรีย์ที่มีประโยชน์ ปลดปล่อยยาในร่างกาย เร่งปฏิกิริยาเคมี หรือแม้แต่ชะลอกระบวนการสุกของผลไม้ด้วยการดักจับเอทิลีน

ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่า MOF ไม่เพียงแต่เป็นวัสดุที่มีรูพรุน "คุณภาพดี" สำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังเป็นแพลตฟอร์มเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับพลังงาน สิ่งแวดล้อม และชีวการแพทย์อีกด้วย ซึ่งมีส่วนช่วยในการปรับปรุงคุณภาพชีวิตให้ดีขึ้น

ในเวียดนาม กลุ่มวิจัยหลายแห่งในมหาวิทยาลัยและสถาบันวิทยาศาสตร์ได้นำ MOF มาใช้ในกระบวนการเร่งปฏิกิริยา การกักเก็บก๊าซ และการปลดปล่อยยา ซึ่งแสดงให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์ในประเทศกำลังตามทันแนวโน้มเทคโนโลยีขั้นสูง

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า MOF จะถูกนำมาใช้ในกระบวนการกึ่งอุตสาหกรรม โดยบูรณาการเข้ากับอุปกรณ์เก็บน้ำ ดักจับ CO₂ คอลัมน์การดูดซับ และเมมเบรนกรองละเอียด

คาดว่าในอีก 5-10 ปีข้างหน้า จะสามารถออกแบบ MOF ได้ตามความต้องการสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนอย่างปลอดภัย การแยกโมเลกุลแบบเลือกสรร การตรวจจับสิ่งแวดล้อมที่มีความไวสูง และการเร่งปฏิกิริยาทางเคมีสีเขียว ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนพลังงาน ลดการปล่อยมลพิษ และเปิดตลาดวัสดุกรอบรุ่นใหม่

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของปัญญาประดิษฐ์ ไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้ที่ AI จะส่งเสริมการสร้าง MOF ที่มีมูลค่าการประยุกต์ใช้สูงในสาขาอื่นๆ อีกมากมาย

ศาสตราจารย์โอมาร์ ยากี และผลงานของเขาที่ VNU-HCM

ศาสตราจารย์ Yaghi เยี่ยมชมวิทยาเขต VNU-HCM ในปี 2010 - ภาพ: DPCC

ตลอดระยะเวลา 30 ปีแห่งการก่อตั้งและการพัฒนา VNU-HCM ได้รับมิตรภาพอันล้ำค่าจากผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติมากมายเสมอมา ซึ่งเป็นเพื่อนที่จริงใจและทุ่มเทที่นำบทเรียนอันล้ำค่าด้านการบริหารจัดการ การวิจัย และนวัตกรรมมาให้

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ศาสตราจารย์ Omar M. Yaghi (มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ - UCB) นักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลกด้านกรอบโลหะอินทรีย์ (MOF) ได้ฝากผลงานอันล้ำค่าไว้ที่ VNU-HCM

ด้วยรูปแบบการทำงานที่เคร่งครัดแต่สร้างแรงบันดาลใจ ศาสตราจารย์ไม่เพียงแต่ช่วยให้บรรลุผลลัพธ์ที่เฉพาะเจาะจงหลายประการเท่านั้น แต่ยังมีส่วนสนับสนุนในการปรับเปลี่ยนการรับรู้และวัฒนธรรมการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของโรงเรียนอีกด้วย

จากกระบวนการความร่วมมือ VNU-HCM ได้รับบทเรียนอันล้ำค่าดังนี้: วินัยและความหลงใหล: งานทางวิทยาศาสตร์ต้องมีความจริงจัง ความมุ่งมั่นอย่างแรงกล้า และวินัยในห้องปฏิบัติการที่เป็นมาตรฐาน คุณภาพที่โดดเด่น : งานวิจัยทั้งหมดต้องเป็นไปตามมาตรฐานสากล เผยแพร่เฉพาะในวารสารที่มีชื่อเสียงที่สุด พรสวรรค์และการปฏิบัติ: นักวิทยาศาสตร์ต้องได้รับการสนับสนุนจากที่ปรึกษาชั้นนำ เงื่อนไขการวิจัยที่เหมาะสม และระบอบการปกครองที่สอดคล้องกับ "มูลค่าตลาด" ความสามารถในการนำไปใช้: แม้ว่าจะเป็นการวิจัยขั้นพื้นฐาน แต่ก็ยังต้องมุ่งเน้นไปที่ความสามารถในการนำไปใช้และดึงดูดเงินทุน ซึ่งเป็นสิ่งที่ศาสตราจารย์ Yaghi เองได้ทำโดยตรงกับ VNU-HCM มนุษยธรรมและความเข้มงวด: เข้มงวดในความเชี่ยวชาญแต่ยังคงใจดี ใกล้ชิด และพร้อมที่จะแบ่งปันเสมอ

ในปี 2022 ศาสตราจารย์ Omar M. Yaghi ได้รับรางวัล VinFuture Prize แต่สิ่งที่มีความสำคัญยิ่งกว่านั้นคือคุณค่าที่เขาฝากไว้ ไม่ว่าจะเป็นการฝึกอบรมนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ การสร้างศูนย์ความเป็นเลิศ (CoE) การเผยแพร่จิตวิญญาณแห่งการวิจัยระดับมืออาชีพและการอุทิศตนเพื่อความรู้

รองศาสตราจารย์ ดร. ฟาน ถัน บิญ (อดีตผู้อำนวยการ VNU-HCM)

กลับสู่หัวข้อ

รองศาสตราจารย์ ดร. เหงียน ทันห์ วิญ - ลิลี่ เหงียน

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