阿尔弗雷德·诺贝尔在遗嘱中设立了科学突破奖项，化学与物理学、医学一同被列为三个受表彰的领域。多年后，诺贝尔奖被公认为这些领域内所能获得的最高荣誉，随后文学奖与和平奖也加入到年度表彰行列。然而，获得诺贝尔奖需要具备什么条件？
自1901年以来，共有115项诺贝尔化学奖被授予，表彰的发现涵盖了从放射性到糖发酵，再到量子点等多个领域。随着科学发现的不断增长与演进，诺贝尔奖的评选也反映了化学学科的变革及其对世界产生的影响。
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联系 CAS 团队根据阿尔弗雷德·诺贝尔的最初意愿，由瑞典皇家科学院每年任命的委员会成员，旨在从众多提名中甄选出那些“为人类带来最大利益”的发现。这一表述意味着什么？什么样的研究最有可能获得认可？
化学突破的分类
在2024年诺贝尔化学奖即将揭晓之际，我们深入研究了过去40年的诺贝尔奖历史，并分析了来自CAS Content CollectionTM的相关出版物数据，以更好地了解哪些类型的突破最有可能被视为具有诺贝尔奖水平。
通过寻找各项发现之间的共性，并追踪每一项研究从最初披露到获得诺贝尔奖的文献发表历程，我们确定了历史上曾获该奖项的三类创新，每一类都代表了通往诺贝尔奖的独特研究路径：
- 基础认知：这一类别代表了从基础研究中获得的知识，这些知识显著加深了我们对周围世界关键层面的理解。
- 工具与技术：这一类别涵盖了能够实现全新研究方法、从而显著增强或加速科学进步的创新成果。
- 具有影响力的应用：这一类别包括已展现出广泛应用并为大众带来积极效益，或在相关应用方面具有巨大潜力的新技术。
我们分析的另一个重要发现是，有志于获得诺贝尔奖的科学家必须保持耐心。从披露初步发现的开创性论文发表，到该项工作获得诺贝尔奖，平均需要经过25年的时间。尽管间隔年份跨度很大，最长达46年，最短仅为4年，但三个类别之间的平均时长并无显著差异。
按类别查看历年获奖情况的时间轴（图1）显示，获得诺贝尔奖关注的发现类型发生了转变。例如，在过去10年中，我们看到对应用研究的重视程度有所提高，而对基础研究的关注相对减少。然而，由于诺贝尔委员会的审议过程严格保密，我们无法预知未来10年会有何种变化。
让我们深入探讨通往诺贝尔奖的每一条独特路径，并通过一些实例来更好地理解其独特之处。
基础认知
这一类别的获奖发现通常是大众心目中诺贝尔奖的典型代表。这些研究成果极大地深化了科学界对世界运行规律的基础认知。
属于此类别的往届诺贝尔奖研究成果包括：
- DNA修复的机制研究。Tomas Lindahl、Paul Modrich、Aziz Sancar。2015年。
- 大气化学，特别是关于臭氧的形成与分解。Paul J. Crutzen、Mario J. Molina、F. Sherwood Rowland。1995年。
- RNA的催化特性。Sidney Altman、Thomas R. Cech。1989年。
尽管人们可能认为大多数诺贝尔奖都授予此类研究，但我们的分析显示，在过去40年的化学奖中，仅有37.5%属于这一类别。
图2中的图表追踪了DNA修复领域的专利和期刊发表量，以此作为该类研究典型增长轨迹的范例。获得诺贝尔奖的基础性发现，其受关注度往往随时间推移呈现出稳步、近乎线性的增长。这印证了关键的基础研究发现如何催化出一系列认知突破，随着科学界不断拓展我们的整体知识体系，每一项研究都建立在前人的基础之上。
图2： 历年与DNA修复相关的期刊和专利发表量。来源：CAS内容合集（CAS Content Collection）。
如图2所示，此类突破性成果几乎全部发表在期刊上，而非专利文献中。这对于该类别而言合乎情理，因为它们代表了通常不具备直接商业应用价值的基础研究。
图1的时间轴显示，近年来针对此类基础性发现的诺贝尔奖认可度有所下降，最近一次此类奖项颁发于2016年。然而，鉴于我们对世界的许多关键认知仍处于科学探索之外，且每年都有新的发现涌现，该类别依然是诺贝尔奖的常青候选领域。
CAS科学团队认为，最有可能在近期获得诺贝尔奖的研究领域包括化学生物学的多个方面、核受体以及肠道微生物组。
工具与技术
令人惊讶的是，在过去40年中，诺贝尔化学奖最常授予那些开发出新研究方法的科学家，这些方法通过实现更优、更高效的研究，显著增强或加速了科学进步。在这一时期，该类别占据了全部奖项的50%。
近年来获得该类别诺贝尔奖的发现示例包括：
- 基因组编辑方法的开发。Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna。2020年。
- 超分辨率荧光显微技术的开发。Eric Betzig、Stefan W. Hell、William E. Moerner。2014年。
- 手性催化氢化反应和手性催化氧化反应。William S. Knowles、Ryoji Noyori、K. Barry Sharpless。2001年。
下方的图3展示了超分辨率荧光显微技术随时间推移的发表量增长模式，这是此类诺贝尔奖研究的典型特征。随着这些新方法和新技术在研究界得到测试、快速采用和改进，人们对这类高影响力功能性发现的兴趣会迅速上升。然而，在首次披露后的10到30年间，该类发现的发表量往往会出现一个典型的平台期。这似乎是因为这些技术已成为各自领域的通用标准，最终不再被特别提及，或被下一代创新所取代。
图 3： 历年与超分辨荧光显微镜相关的期刊和专利出版物数量。来源：CAS 内容合集。
如图 3 所示，该类别的发现也主要发表在期刊上，尽管在最初发现后的十年或更长时间里，随着技术发展到足以吸引商业兴趣，通常也会出现一些专利活动。
回顾图 1 中的时间轴，我们发现过去 40 年来诺贝尔奖委员会一直持续认可这些工具和技术，这意味着我们很可能会继续看到该类别的诺贝尔奖得主。CAS 科学团队认为有望获得未来诺贝尔奖认可的其他具有影响力的工具和技术包括 DNA 合成、树枝状催化、AlphaFold 以及原子转移自由基聚合。
具有影响力的应用
有趣的是，在过去 40 年中，诺贝尔奖委员会很少认可基于广泛或深远积极影响的发现。虽然该类别在此期间仅获得了五个诺贝尔奖，仅占奖项总数的 12.5%，但这些发现很可能是公众最广为人知的。
近年来获得该类别诺贝尔奖的发现示例包括：
- 导电聚合物的发现与发展。Alan J. Heeger、Alan G. MacDiarmid、白川英树。2000 年。
- 锂离子电池的开发。John B. Goodenough、Stanley Whittingham、吉野彰。2019 年。
- 富勒烯的发现。Robert F. Curl Jr.、Harold W. Kroto 爵士、Richard E. Smalley。1996 年。
如图 4 所示，该类研究最独特的特征之一是专利出版物的普遍性。这些技术通常表现出在商业利益驱动下近乎指数级且持续的增长，这体现在大量的专利申请中。通常，专利出版物占该类别主题出版物的 50% 以上。
图 4：历年与锂离子电池相关的期刊和专利出版物数量。来源：CAS 内容合集。
回顾图 1 中的时间轴显示，该类别颁发的五个诺贝尔奖中有两个发生在过去 10 年内，相对于历史常态，频率大幅增加。这究竟是向增加对应用认可的趋势，还是仅仅是近期的异常现象，尚待观察。然而，如果未来有更多以应用为导向的诺贝尔奖，CAS 科学团队已确定了一些候选者，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，我们将揭晓 2024 年诺贝尔化学奖得主。正如每年一样，随着各领域取得如此多令人兴奋的进展，优秀的候选人层出不穷。即使采用分析方法，也几乎不可能从如此庞大的可能性中预测未来的诺贝尔奖得主。然而，了解被认可的发现类型，可以洞察诺贝尔委员会如何随着时间的推移解读这一挑战。无论今年认可哪类研究，年度公告都必将激发全球科学家的想象力，并以每一项新科学发现的深远“益处”和潜力激励我们所有人。
更新：2024 年，David Baker 因计算蛋白质设计获奖，Demis Hassabis 和 John Jumper 因利用人工智能（特别是 AlphaFold2）进行蛋白质结构预测而受到表彰。他们的共同工作实现了以前所未有的精度创建和理解蛋白质。
© Nobel Prize Outreach。摄影：Hugh Fox
