本周，2020 年诺贝尔化学奖授予了埃玛纽埃勒·沙尔庞捷(Emmanuelle Charpentier)和珍妮弗·安妮·道德纳(Jennifer A. Doudna)，以表彰她们在发现CRISPR基因编辑技术上的贡献。 这项技术已经产生了广泛的影响，改进了诊断人类疾病的方式、开发新的治疗方法、甚至增产粮食产量。 下图展示了在这一基础性发现之后，CRISPR相关研究出版物的爆发性增长。
每年，在遴选获奖者时，诺贝尔委员会都要从大量研究成果中筛选出影响最大并带来最大效益的成果，这是一项艰巨的任务。 考虑到整个化学研究的超高水平，这不是一件容易的事。
我和来自美国化学文摘社(CAS)科学家团队的同事们仔细研究了我们认为最具影响力、但尚未获得诺贝尔奖的化学研究。 在未来的几年，我们将密切关注这些具有获奖潜力的研究人员和科学发现，以及诺贝尔奖授予情况。
生物无机化学
拥有分子生物学和生物物理学背景的CAS信息科学家Rumiana Tenchov指出：“生物无机化学研究天然和人工生成的金属在生物学、医学和毒理学中的作用。 科学家Harry B. Gray、Stephen J. Lippard 和 Richard H. Holm 在该领域作出了杰出的贡献。 他们在生物无机化学方面的共同研究提供了解释生物系统中金属元素对于分子行为的作用，其原理支持了各种应用技术的开发。”
Gray 演示了蛋白质中远程电子隧穿的开创性技术，并使用特殊修饰的蛋白质生物分子来测量电子转移速率。 虽然电子转移是一个基本的过程，但人们对生物系统中控制电子转移的化学因素却知之甚少。 而Holm则致力于过渡金属化合物的合成、立体化学、电子结构和反应性; 他制备了第一个与铁硫蛋白活性位点类似的合成物，并帮助开发了低分子量“金属蛋白”的合成路线，这种蛋白质可以在酶中复制生物团簇。 Lippard被认为是生物无机化学和金属神经化学(金属离子及其在大脑和神经系统中的影响的研究)创始人之一，已经开发出了“顺铂”家族中的铂类抗癌药物，并阐明了一种能使微生物在天然气(methane monooxygenase)中存活的酶的结构和功能。 他的研究成果已应用于癌症治疗、环境生物修复和合成燃料的开发。
DNA 合成
DNA 复制是构成生物遗传的基本机制。 Marvin H. Caruthers是该领域的领导者，他开发了突破性的化学DNA合成技术。 Marvin H. Caruthers的研究小组开发了亚磷酰胺合成DNA的开创性方法。 这些方法已经使新的生物制药的基因工程成为可能，支持法医DNA指纹鉴定，并使人类基因组计划成为可能。 通过这些新方法合成的DNA也被整合到“基因机器”中，以帮助科学家分析DNA和基因表达。 总的来说，Caruthers的工作已经将蛋白质和DNA合成从高度专业化的探索转变为广泛应用于研究、诊断和取证的工具。
Tenchov强调了这项基础性工作的巨大影响，她说：“化学合成DNA的方法是一项重大突破，极大地推进了生物学研究，加速了生物技术产业获得巨大的成功。”
超分子化学与纳米材料
根据总引用数来看，科学家 Chad A. Mirkin 是世界上被引用次数最多的化学家，也是纳米医学领域被引用次数最多的研究人员。 他在基础和应用纳米科学、纳米材料、纳米医学和纳米蚀刻等方面做出了重大贡献。 Mirkin因开发用于分子检测的纳米颗粒系统、在超分子化学和可编程纳米材料方面的工作，以及发明浸蘸笔纳米加工刻蚀技术(该技术可以用于生物传感器和纳米级芯片的非常复杂的表面)而获得广泛认可。 Mirkin还发现了球形核酸; 这些结构是通过在纳米颗粒芯表面化学排列功能化核酸而形成的，启动了用于早期诊断的非常敏感的诊断探针的开发，并且使得能跨越生物屏障的药物传递系统成为可能。
Tenchov总结了Mikin的贡献：“总的来说，Mirkin的工作为现代纳米技术以及相关诊断、治疗和材料应用的发展奠定了基础。”
化学放大光阻
光阻剂是一种光敏聚合物，暴露在辐射下结构会发生变化，用于计算机微处理器的涂层和制造。 特别值得注意的是 C. Grant Willson、Jean Frechet 和 Hiroshi Ito 的工作，他们开发出了光阻剂，可用于选择性地涂覆、保护和延长计算机芯片所用的硅片的控制能力和寿命。 这使得芯片的性质可以根据需要来改变，也就是说，它在溶剂中是易溶的还是难溶的，这样芯片就可以按需要进行设计。 Willson和Frechet开发出了在较低光强下降解迅速的光阻剂，而Willson和Ito则开发出了由光化学引发的酸，在现有的光阻剂中触发链降解反应(单个光子的吸收会降解许多聚合物链)。 Willson和Frechet开发出了在较低光强下降解迅速的光阻剂，而Willson和Ito则开发出了由光化学引发的酸，在现有的光阻剂中触发链降解反应(单个光子的吸收会降解许多聚合物链)。
CAS的有机合成化学信息科学家Robert Bird强调了这项技术的功能性的影响：“新材料和添加剂的结合使得计算机芯片可以使用更短的波长和更低强度的光来制造，提供了相对于其尺寸而言，更密集的特性和更大的功率。 这使得现代电脑、智能手机和其他消费电子设备成为可能，而且价格更宜接受。”
“点击化学”和生物正交化学
由 K. Barry Sharpless 教授创造的术语“点击化学”描述了在环境条件下可用于快速连接分子的反应。 Sharpless设想通过在酶的活性位点偶联小分子形成酶抑制剂; 他的实验室帮助开发了特定反应 (叠氮-炔 Huisgen环加成)的区域选择性铜催化版本，以形成异构化合物(1,2,3-三唑)。 由于该方法简便可靠，已被用于制备聚合物、抗体和药物。
生物正交化学是 20 世纪 90 年代末由 Carolyn Bertozzi 命名的一个领域，它描述了在生物条件下(在室温或室温附近、在水溶液中、在有生物分子的情况下，以及在低浓度下)迅速发生的反应。 Bertozzi和她的研究小组开发了一种Staudinger反应来研究生物系统中发现的碳水化合物：叠氮化物与酯取代的三芳基膦反应生成中性的偶极性分子(一种膦亚胺)。 此外，Bertozzi的实验室还开发了一种不需要潜在毒性铜催化剂的环加成方法，因此可以在活细胞中用于研究现有的生物过程(应变促进的叠氮-炔环加成，SPAAC)。
Bird强调了这项工作的影响力：“这些技术为新药制备带来了新的可能，包括当前阶段的抗体-药物偶联物和诊断试剂，并帮助研究人员更容易和清楚地确定生物途径。”
原子转移自由基聚合 (ATRP)
CAS信息科学家Min Wang是富勒烯和聚合物化学方面的专家，他强调了ATRP的重要性：“ATRP是制备具有精确控制分子结构的聚合物的最可靠的方法之一。”
科学家 Krzysztof Matyjaszewski、Ezio Rizzardo 和 Mitsuo Sawamoto 在开发这种方法中发挥了关键作用，这种方法被广泛应用于乙烯和丙烯酸单体。 它克服了传统方法中自由基聚合的显著缺点，即由于自由基之间不可避免的快速终止速率，导致分子量分布不受控制。 ATRP通过使传播的自由基失活而形成休眠的物质(可以被过渡金属催化剂间歇地再激活)来控制聚合过程。 在实地材料中，ATRP允许具有不同化学性质的更广泛的单体的聚合物链均匀生长。
链接全球研究信息，加速科学发现
这些基础性的突破，以及在此基础上进一步开展的工作，证明了科学发现的迭代性和关联性。 每一天，成千上万的新报道都揭示了新的见解，这些见解可能是推进另一位研究者工作的关键。 CAS收集、标引和分析着全球已公开的科学成果，赋予研究人员洞察力以促进下一个科学发现的诞生——也许会为未来的诺贝尔奖播下一粒种子。 CAS团队在这个共同目标的激励下，致力于在全球研究者的工作中建立连接，我们知道这种连接最终将加速解决世界上重大的挑战。 了解具体内容。
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