© Nobel Prize Outreach. Photo: Hugh Fox
当Alfred Nobel为奖励科学突破设立奖项时，化学与物理学和医学并列成为诺贝尔奖的三大领域之一。多年后，诺贝尔奖被认为是在这些领域能够获得的最高奖项，此外，文学与和平领域也每年会颁发诺贝尔奖。然而，怎样才能获得诺贝尔奖呢？
自 1901 年以来，共有 115 项诺贝尔化学奖授予了从放射性、糖发酵到量子点的各种发现。随着科学发现多年来的发展和演变，诺贝尔奖的评选也反映了化学如何改变和影响了世界。
根据Alfred Nobel的最初规定，瑞典皇家科学院每年都会任命委员会成员，从众多提名中找出 “给人类带来最大利益 ”的发现。这句话的含义是什么？哪些类型的研究最有可能获得认可？
化学突破的分类
为迎接即将揭晓的 2024 年诺贝尔化学奖，我们深入研究了过去 40 年的获奖历史，并分析了CAS 内容合集（CAS Content CollectionTM）中的相关领域文献数据，以更好地了解哪类突破最有可能被视为具有诺贝尔奖价值。
通过寻找这些发现之间的共性，追溯每一项发现是如何从最初披露到通过发表文献获得诺贝尔奖的，我们确定了历史上获得诺贝尔奖认可的三类不同的创新，每一类都代表了通往诺贝尔奖的独特研究之路：
基础认识：这一类代表了从基础研究中获得的知识，这些知识极大地增强了人类对周围世界关键信息的理解。
工具和技术：这一类包括能够以新的方式进行研究创新，从而显著提高或加快科学进步。
有影响力的应用：这一类包括那些已被广泛应用，为许多人带来积极利益或显示出巨大应用潜力的新技术。
我们分析的另一重要发现是，有抱负的诺贝尔奖获得者必须有耐心。从发表最初发现的开创性论文到该项工作获得诺贝尔奖，平均需要 25 年的时间。虽然间隔年份变化很大，多则达 46 年，少则仅 4 年，但三个类别之间的平均时间并无显著差异。
从时间轴上观察各类奖项（图 1）可以看出，最受诺贝尔奖关注的发现类型发生了变化。例如，在过去 10 年中，我们看到应用研究得到了更多的重视，而对基础研究的关注降低。然而，由于诺贝尔奖委员会的审议是严格保密的，因此我们无从得知未来 10 年会发生哪些变化。
图 1：过去 40 年各研究类别的诺贝尔化学奖获奖者时间线。
让我们更深入了解通往诺贝尔奖的这三条道路，并通过一些实例来更好地理解它们的独特性。
基础认识
许多人在考虑诺贝尔奖时通常会想到这一类发现。这些发现显著增强了科学界对我们周围世界是如何运作的基本认识。
曾经获得诺贝尔奖此类研究包括：
DNA 修复机制研究。Tomas Lindahl, Paul Modrich, Aziz Sancar. 2015.
大气化学，特别是臭氧的形成和分解。Paul J. Crutzen, Mario J. Molina, F. Sherwood Rowland. 1995.
RNA 的催化特性。Sidney Altman, Thomas R. Cech. 1989.
虽然有些人可能认为大多数诺贝尔奖都颁发给了这类研究，但我们的分析发现，在过去 40 年中，只有 37.5% 的化学奖属于这类研究。
图 2 中的图表追踪了有关 DNA 修复的专利和期刊文献数量，以此为例说明了这类研究的典型增长轨迹。随着时间的推移，诺贝尔奖获得者的基础性发现始终显示出稳定的、近乎线性的关注度增长。这进一步说明了一个关键的基础研究发现是如何催化一连串的理解，随着科学界对整体知识的不断扩展，每一次学习都是在前一次学习的基础上进行的。
图2：与DNA 修复相关的，年度发表的期刊文献和公开的专利文献数量。来源：CAS 内容合集。
如图 2 所示，这类突破几乎全部发表在期刊上，而不是专利出版物上。对于这一类别来说，这是有合理的，因为它代表的基础研究通常没有直接的商业应用。
图 1 中的时间轴显示，近年来，这些基础性发现获得诺贝尔奖的情况越来越少，上一次获得此类奖项是在 2016 年。然而，由于世界的许多关键信息仍超越我们的科学理解，而且每年都有新的发现，因此这一类别仍是诺贝尔奖的常年竞争者。
CAS科学分析团队认为最有可能很快看到诺贝尔奖获得者的一些研究领域包括化学生物学、核受体和肠道微生物组的多个方面。
工具和技术
令人惊讶的是，在过去的 40 年中，诺贝尔化学奖最常授予那些开发新研究方法的科学家，这些方法通过提高研究质量和效率，大大促进或加快了科学进步。在此期间，这类奖项占了整整 50%。
近年来这类诺贝尔奖包括：
基因组编辑方法。Emmanuelle Charpentier, Jennifer A. Doudna. 2020.
超分辨荧光显微镜的发展。Eric Betzig, Stefan W. Hell, William E. Moerner. 2014.
手性催化加氢反应和手性催化氧化反应。William S. Knowles, Ryoji Noyori, K. Barry Sharpless. 2001.
图 3 显示了超分辨荧光显微技术的文献随时间推移的增长模式，这是这类诺贝尔获奖研究的典型特征。随着研究界对这些新方法和新技术进行测试、快速采用和改进，人们对这类具有重大影响的功能性发现的兴趣迅速升温。然而，这类发现在首次披露 10 至 30 年后，发表论文的数量往往会出现一个特征性的高峰。这似乎是由于这些技术已成为其领域的通用标准。它们最终无人提及，或被下一代创新所取代。
图 3：与超分辨荧光显微技术相关的，年度发表的期刊和公开的专利文献数量。来源：CAS内容合集
如图 3 所示，这类发现也主要发表在期刊上，但在最初发现十年或更久之后，随着技术的充分发展可获得商业利益，往往会出现一些专利文献。
回顾图 1 中的时间线，我们可以发现，在过去 40 年中，诺贝尔奖委员会一直认可这些工具和技术，这意味着我们很可能会继续看到这类诺贝尔奖获得者。CAS科学分析团队认为，DNA 合成、树枝状催化、AlphaFold 和原子转移自由基聚合等其他具有影响力的工具和技术也有可能在未来获得诺贝尔奖。
有影响力的应用
有趣的是，在过去的 40 年里，诺贝尔奖委员会很少根据发现的广泛或深远的积极影响来对其进行表彰。虽然在此期间，这类发现只获得过 5 次诺贝尔奖，仅占获奖总数的 12.5%，但这些发现可能是公众最为熟知的。
近年来这类获得诺贝尔奖包括：
导电聚合物的发现与开发。Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid, Hideki Shirakawa. 2000.
锂离子电池的开发。John B. Goodenough, Stanley Whittingham, Akira Yoshino. 2019.
富勒烯的发现。Robert F. Curl Jr., Sir Harold W. Kroto, Richard E. Smalley. 1996.
如图 4 所示，这类研究最独特的特点是专利出版物的普遍性。在商业利益的驱动下，这些技术往往呈现出近乎指数级的持续上升趋势，这表现在大量的专利申请上。一般来说，专利出版物占该类别主题出版物的 50% 以上。
图 4：与锂离子电池相关的，年度发表的期刊文献和公开的专利文献数量。来源：CAS内容合集。
重温图 1 中的时间线可以发现，在过去 10 年中，此类 5 个诺贝尔奖中就有 2 个，与历史标准相比，获奖频率急剧上升。这是诺贝尔奖越来越重视应用的趋势，还是最近出现的偶然现象，还有待观察。不过，如果有更多以应用为重点的诺贝尔奖诞生，CAS科学分析团队确定的候选者包括有机发光二极管、金属有机框架和太阳能电池。
谁将获得 2024 年诺贝尔化学奖？
2024 年 10 月 9 日，我们将知道谁获得 2024 年诺贝尔化学奖。正如每年的情况一样，由于各个领域都取得了令人振奋的进展，因此不乏有价值的候选人。即使采用分析方法，也几乎不可能从如此众多的候选人中预测出未来的诺贝尔奖获得者。不过，通过了解被认可的发现类型，我们可以深入了解诺贝尔奖委员会长期以来是如何解释这一挑战的。无论今年的诺贝尔奖授予哪一类研究，一年一度的颁奖一定会吸引全世界科学家目光，并以每项新的科学发现所带来的深远 “益处 ”和潜力激励我们所有人。
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