2023年，三位杰出的科学家获得了诺贝尔化学奖，以表彰他们在纳米技术领域的创新。他们分别是麻省理工学院的Moungi Bawendi博士、哥伦比亚大学的Louis Brus博士，以及纳米晶技术公司前首席科学家Alexei Ekimov博士。他们因发现和合成了被称为量子点的微小纳米粒子而共同获奖，这些量子点现在被广泛应用于生物学、医学和消费电子等领域。
量子点是微小的纳米粒子，其大小决定了它们的“迷人和不寻常的特性”，包括颜色。在宣布时指出，Ekimov和Brus首次观察到了玻璃中和溶液中自由漂浮的量子点的效应，而Bawendi则发明了一种制备“完美的特定大小和高质量纳米粒子”的方法，这使得这项技术被广泛应用于生物化学和医学成像等领域，未来还有更多的应用潜力。
这一年化学奖所表彰的发现可以追溯到20世纪80年代初，当时Ekimov首次在有色玻璃中创建了与尺寸相关的量子效应。几年后，Brus在溶液中的粒子中证明了与尺寸相关的量子效应。
这些发现特别引人注目，因为尽管物理学家理论上知道尺寸相关的量子效应可能会出现在纳米粒子中，但在纳米维度中进行雕刻是困难的，这使得在实际中制备量子点变得具有挑战性。研究人员在20世纪70年代使用超高真空和接近绝对零度的温度制造了纳米粒子，建立在物理学家Herbert Frohlich在1937年预测了纳米粒子行为的基础上。然而，这个过程的复杂性使得这项技术在实际应用中几乎不可能。
Ekimov在博士学位期间研究了半导体，并了解了用于评估半导体材料质量的光学方法。在对有色玻璃进行一些初步实验后，他开始制备含有氯化铜的玻璃。对他制造的玻璃进行X射线分析时，显示出范围从2到30纳米的小铜晶体。他还发现，玻璃的光吸收受颗粒大小的影响，较大的颗粒吸收与化合物氯化铜通常相同的光，而较小的颗粒吸收蓝光。他在1981年在一个对外国科学家不可访问的苏联科学期刊上发表了他的发现。
与Ekimov的工作毫不知情，Brus在贝尔实验室独立研究了这个问题。他使用太阳能来与溶液中的硫化镉粒子进行化学反应。这些粒子捕获并利用光的能量来驱动反应。他注意到粒子的光学特性会随着时间的推移而发生变化，怀疑这是因为它们变得更大。他通过比较不同尺寸的硫化镉粒子来测试自己的想法。与Ekimov一样，他发现较大的颗粒吸收与化合物（在这种情况下是硫化镉）相同波长的光，而较小的颗粒吸收蓝光。他在1983年发表了他的发现。
然而，Brus使用的方法导致了不均匀尺寸的粒子和不可预测的质量，这阻碍了进一步的发展。然后，在1993年，领域发生了变化，当时Bawendi开发了一种解决这个问题的方法，制备了高质量的量子点，为这项技术最终被广泛应用铺平了道路。他的努力始于1988年，在Brus实验室进行博士后培训时。那里的科学家们正在尝试各种方式来制备有组织的纳米晶体。Bawendi在离开Brus实验室前往麻省理工学院时继续研究这个问题。就是在那里，他通过将形成纳米晶体的物质注入加热的溶剂中取得了突破。通过调整溶液的温度，Bawendi的团队能够生长出具有特定尺寸和光滑表面的纳米晶体。
今天，量子点被广泛用于电视和LED灯，也用于生物医学应用，如用于肿瘤组织切除手术。去年在国际纳米医学杂志上发表的一篇论文讨论了量子点在生物医学中的多个临床应用，如细胞成像、用于治疗各种实体肿瘤的光动力疗法以及药物输送载体。该论文还强调了涉及使用量子点的各种临床试验，包括针对乳腺癌、皮肤癌和I型糖尿病的试验。2019年，麻省理工学院和其他地方的研究人员发表了一篇论文，描述了一种使用量子点来直接在皮肤中输送疫苗并编码疫苗历史的微针平台。
今年的化学奖获奖者由诺贝尔奖委员会在斯德哥尔摩宣布。然而，在正式宣布之前，所有三位科学家的名字都被泄露给了瑞典媒体。截止到本次报道时，尚不清楚这一泄漏是如何发生的，学院在新闻发布会上拒绝回答有关泄漏的问题。
编辑：王洪
排版：李丽
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