化学奖又双叒颁给了非化学科学家 这很诺贝尔

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总的来说，我们将关注在生物和物理领域的哪些成就可以获得化学奖。

在2016年分子机器发生冷休克后(相信我，我们没想到化学家会在有生之年赢得化学奖)，古德斯沃教授的锂电池再次错过了2017年诺贝尔化学奖，诺贝尔化学奖回归正常，遵循“给化学家还是不给化学家”的传统，并被授予三位与化学无关的生物物理学家。

三位诺贝尔奖得主是:

生物物理学教授a，生物物理学教授b和生物物理学教授c。

说真的，三个赢家是:

理查德·亨德森

剑桥大学分子生物学实验室生物物理学教授，生于1945年，38岁时被选为皇家学会会员。

当使用电子显微镜测量生物大分子的结构时，为了获得清晰的图像，必须保证一定的电子束强度。然而，生物样品对强电子束的耐受性极低。除非牺牲图像精度，否则很难获得高质量的生物分子结构图像。

此外，根据电子显微镜的工作原理，为了避免空气粒子对射出的电子束的干扰，需要将样品置于真空中进行观察，这将导致生物分子失水干燥，失去其自身的结构，并获得无用的图像。这一系列的原因使科学家们相信电子显微镜仅适用于20世纪30年代的非生物样本研究，而生物分子结构的分析则更是不可能。

然而，理查德·亨德森选择的特殊蛋白质细菌视紫红质拯救了这个主题，成为诺贝尔奖故事的开端。

亨德森通过使用葡萄糖溶液保护细菌视紫红质，同时降低电子束轰击样品表面的强度。此外，他观察了蛋白质及其所在的细菌细胞膜，这样蛋白质在生物体结构中的原始结构和形式就能得以保留。更妙的是，他意识到细胞膜表面大量相似的蛋白质实际上与晶体中的原子具有相同的空间排列。

当电子束以几乎相同的入射角衍射所有蛋白质时，可以获得清晰的衍射图。安德森使用类似的方法对X射线衍射图像进行处理，通过计算衍射图像来获得更精确的空间结构。这样，亨德森在1975年获得了细菌视紫红质的粗略3D模型，分辨率为0.7纳米。那时候，真是太棒了。

电子显微镜下人类第一个细菌视紫红质三维结构模型(来自www.nobelprize.org的图像)

然而，亨德森的野心不止于此。他的目标是至少达到与x光结晶学相似的分辨率精度，即大约0.3纳米。他相信有一天电子显微镜能达到X射线晶体衍射的精度并成为主流。

经过15年的努力，亨德森终于在1990年对细菌视紫红质进行了更准确的结构分析。

亨德森1990年发表的细菌视紫红质结构图与x光片具有相同的精确度，为0.3纳米(图片来自www.nobelprize.org)

约阿希姆·弗兰克

德国出生的生物物理学家，现任哥伦比亚大学教授。他改进了冷冻电子显微镜的分析方法。

这幅画来自www.nobelprize.org

1975年，关于阿西姆·弗兰克提出了将从不同角度采集的样本整合成高分辨率三维模型的想法。毕竟，理念就是理念(泰航)。为了完成这个项目，弗兰克(和他的员工)花了十多年时间。

弗兰克首先让随机分布的蛋白质受到电子束的轰击，从而获得不同的轨迹。我们可以理解，同一个人在阳光下做不同的姿势，他投射的阴影也不同。

1981年，弗兰克最终完成了一个算法，使用计算机识别图像来收集同一蛋白质的不同阴影，并对具有相似轮廓的图像进行分类和比较。接下来，通过分析不同的重复模式，模拟图像以形成更清晰的2D图像。

最后，在此基础上，通过数学方法建立同一蛋白质不同2D图像之间的关系，并在此基础上拟合三维结构图像。

弗兰克的图形拟合程序是冷冻电子显微镜发展的基础。

雅克·杜博切特

瑞士洛桑大学的生物物理学名誉教授瑞士已经开发出一种成熟的冷冻电子显微镜样品制备技术，可用于生物分子。

如上所述，亨德森在1975年通过使用葡萄糖溶液保护细菌视紫红质免于脱水获得了人类历史上第一张生物分子结构的3D电子显微镜图像。

然而，这种方法不适用于大多数生物分子，并且亨德森当时较低的电子束强度也难以实现高分辨率成像。这就像在黑暗中用强光手电筒看目标一样。如何制备能够承受高强度电子轰击而不破坏生物结构的样品曾困扰着生物电子显微镜领域。一些研究者认为冰比水挥发得慢。他们试图冷冻样本并测量它。出现了一个新问题。冰作为一种晶体，也被电子束衍射。这样获得的图像不能准确地描述分子结构，只能是无效的。

1978年，杜博斯加入了海德堡的欧洲分子生物学研究所，并开始解决这个问题。

水的蒸发是真空条件下的一个主要问题，而冰虽然是固体，但却是结晶，会影响结果。杜博斯提出了一个潜在的解决方案:让水在变成晶体之前凝固！

一般来说，通过氢键的相互作用，水分子会在固化过程中形成有序的排列，最终形成晶体。杜博斯显然不是一个普通人。他想让水在水分子相互作用之前凝固并形成一种“玻璃”。尽管如此获得的“玻璃水”是固体，但它没有晶格，不产生规则的衍射图案，也不会影响最终数据。

这幅画来自www.nobelprize.org

上图显示了杜博斯开发的一般样品制备过程。

有趣的是，实验结果表明，直接将待测样品浸入液氮中不能成功获得“玻璃水”。为了成功制备样品，样品需要浸入由液氮冷却的乙烷中。

总而言之，今年获得诺贝尔生物物理学奖的三位教授(不...不要...是的，有话要说，你拿枪指着我干什么...)...

重新开始。综上所述，今年获得诺贝尔化学奖的三位教授对冷冻电子显微镜的发展做出了杰出贡献，使得观察生物分子活动的变化成为可能，使科学家能够更好地理解生命现象或生命活动，并将生物(化学)研究带入一个新的时代。

然而，作为一只化学狗，我仍然有一点自私，希望有一天诺贝尔化学奖将告别科学研究，授予纯化学研究。