2023年，三位杰出的科學家獲得了諾貝爾化學獎，以表彰他們在納米技術領域的創新。他們分別是麻省理工學院的Moungi Bawendi博士、哥倫比亞大學的Louis Brus博士，以及納米晶技術公司前首席科學家Alexei Ekimov博士。他們因發現和合成了被稱為量子點的微小納米粒子而共同獲獎，這些量子點現在被廣泛應用于生物學、醫學和消費電子等領域。

量子點是微小的納米粒子，其大小決定了它們的“迷人和不尋常的特性”，包括顏色。在宣布時指出，Ekimov和Brus首次觀察到了玻璃中和溶液中自由漂浮的量子點的效應，而Bawendi則發明了一種制備“完美的特定大小和高質量納米粒子”的方法，這使得這項技術被廣泛應用于生物化學和醫學成像等領域，未來還有更多的應用潛力。

這一年化學獎所表彰的發現可以追溯到20世紀80年代初，當時Ekimov首次在有色玻璃中創建了與尺寸相關的量子效應。幾年后，Brus在溶液中的粒子中證明了與尺寸相關的量子效應。

這些發現特別引人注目，因為盡管物理學家理論上知道尺寸相關的量子效應可能會出現在納米粒子中，但在納米維度中進行雕刻是困難的，這使得在實際中制備量子點變得具有挑戰性。研究人員在20世紀70年代使用超高真空和接近絕對零度的溫度制造了納米粒子，建立在物理學家Herbert Frohlich在1937年預測了納米粒子行為的基礎上。然而，這個過程的復雜性使得這項技術在實際應用中幾乎不可能。

Ekimov在博士學位期間研究了半導體，并了解了用于評估半導體材料質量的光學方法。在對有色玻璃進行一些初步實驗后，他開始制備含有氯化銅的玻璃。對他制造的玻璃進行X射線分析時，顯示出范圍從2到30納米的小銅晶體。他還發現，玻璃的光吸收受顆粒大小的影響，較大的顆粒吸收與化合物氯化銅通常相同的光，而較小的顆粒吸收藍光。他在1981年在一個對外國科學家不可訪問的蘇聯科學期刊上發表了他的發現。

與Ekimov的工作毫不知情，Brus在貝爾實驗室獨立研究了這個問題。他使用太陽能來與溶液中的硫化鎘粒子進行化學反應。這些粒子捕獲并利用光的能量來驅動反應。他注意到粒子的光學特性會隨著時間的推移而發生變化，懷疑這是因為它們變得更大。他通過比較不同尺寸的硫化鎘粒子來測試自己的想法。與Ekimov一樣，他發現較大的顆粒吸收與化合物（在這種情況下是硫化鎘）相同波長的光，而較小的顆粒吸收藍光。他在1983年發表了他的發現。

然而，Brus使用的方法導致了不均勻尺寸的粒子和不可預測的質量，這阻礙了進一步的發展。然后，在1993年，領域發生了變化，當時Bawendi開發了一種解決這個問題的方法，制備了高質量的量子點，為這項技術最終被廣泛應用鋪平了道路。他的努力始于1988年，在Brus實驗室進行博士后培訓時。那里的科學家們正在嘗試各種方式來制備有組織的納米晶體。Bawendi在離開Brus實驗室前往麻省理工學院時繼續研究這個問題。就是在那里，他通過將形成納米晶體的物質注入加熱的溶劑中取得了突破。通過調整溶液的溫度，Bawendi的團隊能夠生長出具有特定尺寸和光滑表面的納米晶體。

今天，量子點被廣泛用于電視和LED燈，也用于生物醫學應用，如用于腫瘤組織切除手術。去年在國際納米醫學雜志上發表的一篇論文討論了量子點在生物醫學中的多個臨床應用，如細胞成像、用于治療各種實體腫瘤的光動力療法以及藥物輸送載體。該論文還強調了涉及使用量子點的各種臨床試驗，包括針對乳腺癌、皮膚癌和I型糖尿病的試驗。2019年，麻省理工學院和其他地方的研究人員發表了一篇論文，描述了一種使用量子點來直接在皮膚中輸送疫苗并編碼疫苗歷史的微針平臺。

今年的化學獎獲獎者由諾貝爾獎委員會在斯德哥爾摩宣布。然而，在正式宣布之前，所有三位科學家的名字都被泄露給了瑞典媒體。截止到本次報道時，尚不清楚這一泄漏是如何發生的，學院在新聞發布會上拒絕回答有關泄漏的問題。

編輯：王洪

排版：李麗