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解读2025年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖

今日快讯 2025年10月10日 05:51 0 admin

瑞典当地时间10月6至8日，2025年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖陆续揭晓。一起来看专业解读！

破解免疫系统的攻防密码

解读2025年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖

玛丽·布伦科、弗雷德·拉姆斯德尔和坂口志文，因在外周免疫耐受机制方面的开创性发现，荣获2025年诺贝尔生理学或医学奖。图源：《科技日报》

2025年诺贝尔生理学或医学奖

解读

人体强大的免疫系统需要精准调控，否则便可能攻击我们自身的器官。美国系统生物学研究所的玛丽·布伦科、索诺玛生物治疗公司的弗雷德·拉姆斯德尔，以及日本大阪大学的坂口志文，因在“外周免疫耐受”机制方面的突破性发现，共同荣获2025年诺贝尔生理学或医学奖。他们的研究揭示了免疫系统如何避免攻击自身组织，守护人体健康的深层奥秘。

1 让免疫系统准确分辨敌我

每一天，我们的身体都面临成千上万微生物的侵袭，而免疫系统正是抵御这些入侵的忠诚卫士。然而，有些病原体外形多变，甚至能伪装成人体细胞的“模样”，以躲避免疫系统的攻击。那么，免疫系统该如何准确分辨敌我，才能既不放过敌人，也不误伤人体自身组织？

这3位科学家的答案指向了人体内的“调解员”——调节性T细胞。它能够抑制过度活跃的免疫反应，防止免疫细胞攻击自身组织。

“他们的发现彻底改变了我们对免疫系统运作机制的理解，解释了为何大多数人不会患上严重的自身免疫疾病。”诺贝尔奖委员会主席欧莱·卡珀如此评价。

2 三十年追寻体内“调解员”

1995年，坂口志文的研究向学界共识发起了挑战。当时，科学界普遍认为，免疫耐受主要依赖“中枢耐受”过程清除胸腺内可能攻击自身组织的免疫细胞。然而，坂口志文发现，即便经过中枢耐受过程，仍有一部分具有潜在攻击性的T细胞会进入外周组织。

他首次识别出调节性T细胞，能监测其他免疫细胞，确保免疫系统耐受自身组织，从而防止发生自身免疫疾病。这一发现为“外周免疫耐受”理论奠定了基础。

时间来到2001年，布伦科与拉姆斯德尔在研究一种易发多器官自身免疫疾病的小鼠模型时，发现其病因源于关键基因Foxp3的突变。进一步研究显示，人体内该基因的对应基因突变会导致一种罕见而致命的遗传性自身免疫疾病，即免疫失调、多内分泌腺病、肠病伴X染色体连锁综合征。该疾病由Foxp3基因突变引起，造成调节性T细胞功能缺陷，进而引发严重的自身免疫反应，累及肠道、内分泌腺和皮肤等多个器官。

两年后，坂口志文将这两项重要发现联系起来，证明Foxp3是调节性T细胞发育与功能的主控基因。缺乏Foxp3的小鼠无法产生功能性调节性T细胞，会迅速出现全身性自身免疫反应。这一关联性研究不仅确立了调节性T细胞的分子基础，也标志着该领域进入功能与机制系统解析阶段。

3 避免“巡逻队”误伤“自己人”

如今，调节性T细胞已被公认为免疫稳态的核心调控者。它们如同体内的“巡逻队”，持续监控其他免疫细胞的活性，确保免疫反应精准而适度，避免误伤正常组织。

3位获奖者的研究不仅开创了“外周免疫耐受”这一重要领域，也推动了癌症与自身免疫疾病的治疗进展。基于调节性T细胞的疗法正被积极探索，用于治疗1型糖尿病、类风湿关节炎等自身免疫病，也有望催生更成功的器官移植手术。

从宏观尺度揭示量子特性

解读2025年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖

约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马蒂尼斯，因在电路中实现宏观量子力学隧穿效应和能量量子化方面的贡献，荣获2025年诺贝尔物理学奖。图源：《科技日报》

2025年诺贝尔物理学奖

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量子力学描述的是什么？是在单个粒子尺度上才“显现”的物理特性，被称为“微观”现象。这与“宏观”现象形成对比。

例如，一个日常生活中常见的球，其组成分子数是天文数字，但它不会表现出任何量子力学效应。每次把球扔向墙壁，它都会反弹回来。然而在微观世界中，一个单独的粒子有时却能直接穿过类似墙的障碍，出现在“墙”的另一侧——这种现象被称为“隧穿”。

今年的诺贝尔物理学奖，表彰了那些在宏观尺度上成功观测到量子隧穿现象的实验。1984年和1985年，约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马蒂尼斯3位科学家构建了一个包含两个超导体的电路，证明了可以控制并研究一种现象：超导体中的所有带电粒子协同运动，表现得就像一个单一的粒子，充满整个电路。该系统通过量子隧穿效应，向人们展现出了量子特性。

1 寻找统一行动的“库珀对”

3位获奖者借助了数十年来发展起来的理论概念和实验工具，试图研究一种能让多个粒子同时参与的隧穿现象。一个重要方向就是材料在极低温下出现的特殊现象。

在普通导电材料中，电流的产生是由于存在可在整个材料中自由移动的电子。但在另一些材料中，穿过导体的独立电子会变得有序，形成一种协调一致的“舞蹈”，毫无阻力地流动。此时材料就变成了超导体，而电子则两两结合成对。这种电子对被称为“库珀对”。

当超导体中的电子结成库珀对后，它们的部分个体性就消失了；但两个库珀对却可以完全相同。这意味着超导体中的所有库珀对可以被描述为一个整体，一个统一的量子力学系统。

2 从微观推进到宏观

20世纪80年代中期，德沃雷和马蒂尼斯加入克拉克的团队，共同承担起证明“宏观量子隧穿”的挑战。他们构建了一个使用超导电路的实验装置，承载该电路的芯片尺寸约为一厘米。此前，隧穿效应和能量量子化主要在仅含少数粒子的系统中被研究；而在此实验中，这些量子现象出现在一个包含数十亿个库珀对的宏观量子系统中，这些库珀对遍布整个芯片上的超导体。因此，这项实验将量子效应从微观尺度推进到了宏观尺度。

3 宏观系统“薛定谔之猫”

在宏观尺度上，人们无法在实验室中真正展示一只猫的量子叠加态。然而，理论物理学家安东尼·莱格特认为，今年3位获奖者所进行的一系列实验表明，确实存在一些现象，其中大量粒子共同表现出量子力学所预测的行为，在量子物理学家看来，它与“薛定谔之猫”在本质上是相当类似的。

今年的获奖者不仅深化了人们对物理世界的理解，也为发展新一代量子技术，包括量子加密、量子计算和量子传感等领域开辟了新路径。

在分子世界里建造“房子”

解读2025年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖、化学奖

北川进、理查德·罗布森和奥马尔·亚吉，因在金属有机框架开发方面所作的贡献，荣获2025年诺贝尔化学奖。图源：《科技日报》

2025年诺贝尔化学奖

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如果一名房地产中介负责推销分子世界的房产，他或许会说：“这是一间宽敞明亮、专为水分子量身定制的单身公寓。”

这样的“房子”确实存在。它们是由科学家精心设计的分子建筑——金属有机框架（MOF）。今年，诺贝尔化学奖授予日本科学家北川进、澳大利亚科学家理查德·罗布森和美籍约旦科学家奥马尔·亚吉，以表彰他们在MOF材料开发方面的开创性贡献。

1 化学课上的“分子建筑”灵感

1974年，澳大利亚墨尔本大学的理查德·罗布森正在为课堂制作分子模型。他用木球代表原子、木棒代表化学键。摆弄间，他灵光一现：如果能像拼积木一样，让原子或分子依照其化学特性自行连接，能否构建出新的“分子建筑”？

十多年后，他终于动手验证这一想法。罗布森将带正电的铜离子与四臂分子相结合，结果这些分子像钻石晶格一样自组装成规则的三维晶体结构，而且这种晶体内部竟有大量空腔。1989年，他在《美国化学会志》上发表论文，首次提出这类分子网络的潜力，预言它们将赋予材料前所未有的性质。

此后，罗布森陆续合成出多种含空腔的分子网络。他展示了可按需设计的分子晶体，并提出这种材料可用作催化剂。尽管早期材料脆弱、易分解，被认为“没用”，但罗布森已打开了“分子建筑”的大门。

2 让“无用之物”变得有用

20世纪90年代，日本近畿大学的北川进秉持“要看到‘无用之物’的用处”的信条，构建出一种二维分子材料，分子之间形成可容纳丙酮分子的空腔。虽然功能有限，但这代表一种全新的分子设计思维。

1997年，他的团队用钴、镍、锌离子与4,4′-联吡啶分子搭建出三维MOF结构，形成交错的空腔通道。当他们将材料中的水去除后，这些孔洞仍然稳定，可以吸附和释放甲烷、氧气、氮气等气体而不变形。

此外，与多孔沸石相比，MOF可由多种金属和有机分子构建，功能可定制，并且材料柔韧，能如呼吸般吸附和释放气体。这一定义奠定了MOF的科学基础。

3 为分子积木命名并赋予力量

在大洋彼岸，来自约旦的奥马尔·亚吉在美国延续并拓展了这一理念。

1995年，亚吉正式提出“金属有机框架”（MOF）这一名称，定义了这种由金属节点和有机配体组成、具有规则空腔的晶体结构。

1999年，他研发出MOF-5。这是一种极其稳定且空间巨大的框架结构，即使在300℃高温下也不会坍塌。几克MOF-5的内部总面积相当于一个足球场，远超传统沸石。这意味着它能吸附更多气体。

亚吉团队继续扩展MOF家族，创造出十几种变体，用以储存甲烷，捕获二氧化碳，甚至在沙漠中利用MOF创造了“空中取水”的奇迹。

如今，科学家已设计出数以万计的MOF，用于碳捕集、空气净化、药物递送、能源存储等众多前沿领域。甚至在半导体制造中，也有MOF被用于捕获或分解剧毒气体。一些科学家认为，MOF潜力巨大，有望成为“21世纪的材料”。

来源：《科技日报》2025年10月9日 第04版

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