همه چیز درباره نوبل شیمی ۲۰۲۵ برای ساختن «چارچوب‌های فلزی–آلی»

سه برنده‌ی امسال، «سوسومو کیتاگاوا» (Susumu Kitagawa)، «ریچارد رابسون» (Richard Robson) و «عمر یاغی» (Omar Yaghi)، با طراحی ساختار‌هایی مولکولی موفق شدند مواد سه‌بعدی بسازند که مانند «اسفنج‌های اتمی» عمل می‌کنند. به گزارش سایت «کمیته جایزه نوبل» این مواد می‌توانند گاز‌ها و مایعات را جذب، ذخیره و آزاد کنند. درون آنها، شبکه‌هایی ظریف از فلز و مولکول‌های آلی به هم پیوسته‌اند؛ درست مثل هتلی میکروسکوپی با اتاق‌هایی برای مهمانان شیمیایی.

هتل مولکولی

داستان از دهه‌ی ۱۹۸۰ آغاز شد؛ زمانی که «ریچارد رابسون»، استاد «دانشگاه ملبورن» (University of Melbourne)، با ترکیب یون‌های مس و مولکول‌های چهارشاخه، بلوری ساخت که حفره‌هایی درونش داشت. ساختاری شکننده، اما پرامید. او دریافته بود که می‌توان ماده‌ای طراحی کرد که مولکول‌های دیگر را در خود جای دهد و سپس آزاد کند.

چند سال بعد، «سوسومو کیتاگاوا» در «دانشگاه کیوتو» (Kyoto University) و «عمر یاغی» در آمریکا، همان مسیر را با دقت و پایداری ادامه دادند. آنان فلز‌ها را به عنوان «گره»‌ها (Nodes) و مولکول‌های آلی را به عنوان «پل»‌ها (Linkers) در شبکه‌ای منظم کنار هم قرار دادند. حاصل، ساختاری با حفره‌های بزرگ و پایدار بود، چیزی شبیه به همان «کیف جادویی هرماینی گرنجر» (Hermione Granger’s magical bag) در سریال «هری پاتر» (Harry Potter) اما در دنیای واقعیت، که از بیرون کوچک و از درون بی‌انتهاست.

کیف جادویی هرماینی گرنجر

از آشوب مولکولی تا معماری کنترل‌شده

در دنیای شیمی، ترکیب مولکول‌ها معمولاً با بی‌نظمی همراه است؛ اما کار این سه دانشمند، نظمی از پیش طراحی‌شده را به اتم‌ها تحمیل کرد.
«کیم جلفس» (Kim Jelfs)، شیمیدان محاسباتی از «امپریال کالج لندن» (Imperial College London)، می‌گوید: «آن‌ها نشان دادند که می‌توان اتم‌ها را همانند آجر‌های ساختمانی کنار هم چید و فضایی در مقیاس مولکولی ساخت.»

این سطح از کنترل در شیمی پیش‌تر غیرقابل تصور بود. اکنون با MOF ها، می‌توان موادی ساخت که دقیقاً مشخص شود چه واردشان می‌شود و چه از آنها خارج. از جداسازی مواد سمی گرفته تا فیلتر کردن گازها، این «معماری اتمی» (Atomic Architecture) علم را از توصیف ماده به طراحی ماده رسانده است.

کاربرد‌های زندگی‌ساز

کشف «MOF»‌ها تنها در آزمایشگاه معنا ندارد. در شرکت «آتاکو» (Atoco)، که به دست دکتر یاغی بنیان‌گذاری شده، این مواد به فناوری‌هایی تبدیل شده‌اند که آب را از هوا می‌گیرند. شب‌ها، بخار آب در منافذ ساختار به دام می‌افتد و روز‌ها با گرمای خورشید به آب مایع تبدیل می‌شود، راه‌حلی پایدار برای مناطق خشک.

در صنعت، MOF‌ها برای جذب گاز‌های سمی در فرآیند تولید تراشه‌ها به کار می‌روند. به‌واسطه ساختار متخلخل خود، این مواد می‌توانند گاز‌هایی را در خود جای دهند که دیگر جاذب‌ها قادر به مهارشان نیستند. این یعنی گامی به سوی صنعتی پاک‌تر و ایمن‌تر.

نسل تازه‌ای از دانش

امروز هزاران پژوهشگر در سراسر جهان روی MOF‌ها کار می‌کنند. «ترزا رینک» (Theresa Reineke)، استاد شیمی «دانشگاه مینه‌سوتا» (University of Minnesota)، که رساله‌ی دکتری خود را زیر نظر دکتر یاغی انجام داده، می‌گوید: «این مواد از متخلخل‌ترین جامدات روی زمین‌اند. یعنی سطحی بسیار بالا برای جذب و ذخیره مواد دارند.» از ذخیره‌سازی هیدروژن گرفته تا کند کردن روند رسیدن میوه‌ها با جذب گاز اتیلن، MOF‌ها به دنیای واقعی راه یافته‌اند. 

سه مسیر، یک رؤیا: علم؛ زبان مشترک

هر سه برنده در مراسم نوبل، بر وجه انسانی علم تأکید کردند. به گزارش «نیویورک تایمز» (The New York Times)؛ رابسون، استاد ۸۸ ساله‌ی دانشگاه ملبورن، با لبخند گفت: «خوشحالم که کار ما بالاخره دیده شد، هرچند با این همه توجه کنار آمدن آسان نیست!»

کیتاگاوا، در کنفرانسی در دانشگاه کیوتو گفت که ابتدا تماس نوبل را به‌اشتباه تماس تبلیغاتی پنداشته است و افزود: «می‌خواهم این شادی را با دو همکار دیگرم تقسیم کنم.».

اما شاید تأثیرگذارترین سخنان از عمر یاغی بود؛ دانشمندی که در خانواده‌ای پناه‌جو در اردن زاده شد و بعد‌ها در «دانشگاه برکلی» (UC Berkeley) استاد شد. او گفت: «علم، بزرگ‌ترین نیروی برابرکننده‌ی جهان است. استعداد همه‌جا هست، کافی است فرصت شکوفایی بدهیم.»

برندگان نوبل شیمی ۲۰۲۵

نگاهی به گذشته نوبل شیمی

سال ۲۰۲۴، جایزه‌ی نوبل شیمی به «دمیس هسابیس» (Demis Hassabis)، «جان جامپر» (John Jumper) و «دیوید بیکر» (David Baker) برای پیش‌بینی ساختار پروتئین‌ها با هوش مصنوعی (Artificial Intelligence) تعلق گرفت؛ دستاوردی که زیست‌شناسی را متحول کرد.
اما نوبل ۲۰۲۵، بیش از هر چیز یادآور این حقیقت است که علم، گاهی با صبر و همکاری پیش می‌رود؛ از آزمایش‌های نامطمئن دهه‌ هشتاد میلادی تا فناوری‌هایی که امروز می‌توانند زمین را پاک‌تر و زندگی را پایدارتر کنند.

وقتی اتم‌ها معمار می‌شوند

کشف چارچوب‌های فلزی–آلی، بیش از یک دستاورد علمی است؛ نوعی نگاه تازه به جهان ماده است. این ساختار‌ها نشان می‌دهند که حتی در دل اتم‌ها، می‌توان فضایی برای امید ساخت.

نوبل شیمی ۲۰۲۵ یادآور این است که گاهی بزرگ‌ترین انقلاب‌ها در کوچک‌ترین جهان‌ها رخ می‌دهند، جایی که انسان نه فقط ماده را می‌فهمد، بلکه آن را می‌سازد.