当阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱 设立 科学突破奖项时，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所能获得的最高荣誉，此外每年还会颁发文学奖和和平奖。然而，获得诺贝尔奖需要具备什么条件？
自1901年以来，已有 115项诺贝尔化学奖颁发，表彰了从放射性到糖发酵再到量子点等各项发现。随着科学发现多年来的增长与演变，诺贝尔奖的评选也反映了化学领域如何改变并影响着世界。
根据阿尔弗雷德·诺贝尔的最初指示，由瑞典皇家科学院每年任命的委员会成员，旨在从众多提名中找出那些“为人类带来最大利益”的发现。这句话意味着什么？什么样的研究最有可能获得认可？
化学突破的分类
在期待2024年诺贝尔化学奖揭晓之际，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 CollectionTMTM 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。
通过寻找这些发现之间的共性，并追踪每一项发现如何从最初的披露到通过已发表的文献最终获得诺贝尔奖，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：
- 基础理解： 这一类别代表了从基础研究中获得的知识，这些知识极大地增强了我们对周围世界关键方面的理解。
- 工具与技术： 该类别涵盖了能够开辟全新研究方式，并显著增强或加速科学进步的创新成果。
- 具有影响力的应用： 该类别包括已展现出广泛应用前景、能为大众带来积极效益，或在相关领域具有巨大潜力的新技术。
我们分析得出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。从发表披露初步发现的开创性论文，到该项工作获得诺贝尔奖认可，平均需要经过 25 年的时间。尽管间隔年限的跨度很大，从最长的 46 年到极个别的 4 年不等，但这三个类别之间的平均值并无显著差异。
通过时间轴查看各类别奖项（图 1）可以发现，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，我们看到人们更加重视应用研究，而基础研究的占比有所下降。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 年会发生怎样的变化。
让我们深入研究通往诺贝尔奖的每一条独特路径，并通过一些案例来更好地理解其独特之处。
基础认知
该类别所认可的发现，是许多人在想到诺贝尔奖时通常会联想到的内容。这些发现显著增强了科学界对于我们周围世界运作方式的基础认知。
属于该类别的往届诺贝尔奖获奖研究案例包括：
- DNA 修复的机理研究. Tomas Lindahl, Paul Modrich, Aziz Sancar. 2015.
- 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.
- RNA 的催化特性. Sidney Altman, Thomas R. Cech. 1989.
尽管有些人可能认为大多数诺贝尔奖都授予此类研究，但我们的分析发现，在过去 40 年中，只有 37.5% 的化学奖属于这一类别。
图 2 中的图表追踪了 DNA 修复相关的专利和期刊出版物数量，以此作为此类研究典型增长轨迹的示例。获得诺贝尔奖的基础性发现显示出对该领域关注度的稳步、近乎线性的增长。这进一步印证了关键的基础研究发现如何催化出一系列认知，随着科学界不断扩展我们的整体知识，每一项研究成果都建立在前人的基础之上。
图 2： 按年份统计的 DNA 修复相关期刊和专利出版物数量。来源：CAS Content CollectionTM。
如图 2 所示，这类突破性成果几乎全部发表在期刊上，而非专利出版物中。对于这一类别而言，这是合乎逻辑的，因为它代表了通常没有直接商业应用的基础研究。
图1中的时间轴显示，近年来诺贝尔奖对这些基础性发现的认可已有所减少，此类奖项上一次颁发是在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、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，诺贝尔化学奖最常颁发给那些开发出新研究方法的科学家，这些方法通过实现更优质、更高效的研究，显著增强或加速了科学进步。在此期间，该类别奖项占比高达50%。
近年来获得该类别诺贝尔奖的发现示例包括：
- 基因编辑方法的开发。Emmanuelle Charpentier, Jennifer A. Doudna。2020年。
- 超分辨率荧光显微镜的开发。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。
下图3展示了超分辨率荧光显微镜随时间推移的文献增长模式，这是此类诺贝尔奖获奖研究的典型特征。随着这些新方法和新技术在研究社区中得到测试、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，在这些发现首次公开后的10到30年间，通常会出现一个特征性的文献增长平台期。这似乎是因为这些技术已成为其领域内的通用标准，最终不再被特别提及，或被下一代创新所取代。
图3： 按年份统计的超分辨率荧光显微镜相关期刊和专利出版物数量。来源：CAS Content Collection。
如图 3 所示，该类别的发现也主要发表在期刊上，尽管在最初发现十多年后，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 科学团队认为未来有望获得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 和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项诺贝尔奖，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。
近年来该类别获得诺贝尔奖的发现示例包括：
- 导电聚合物的发现与开发。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.、Sir Harold W. Kroto、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文献的普遍性。在商业利益的驱动下，这些技术往往呈现出近乎指数级且持续的增长，这体现为大量的专利申请。通常情况下，该类别主题的专利文献占出版物总数的50%以上。
图4： 历年锂离子电池相关期刊和专利文献的数量。来源：CAS Content CollectionTM。
回顾图1中的时间轴，该类别中五项诺贝尔奖中有两项是在过去10年内颁发的，其频率较历史常态有了显著增加。这究竟是应用研究日益受到认可的趋势，还是仅仅是近期的反常现象，尚待观察。然而，如果未来有更多侧重于应用研究的诺贝尔奖项，CAS科学团队已确定了几个候选方向，包括 有机发光二极管、 金属有机框架以及太阳能电池。
谁将获得2024年诺贝尔化学奖？
2024年10月9日，我们将揭晓2024年诺贝尔化学奖的得主。正如往年一样，随着各领域令人振奋的进展不断涌现，优秀的候选者不胜枚举。即使采用分析方法，也几乎不可能从如此庞大的候选池中预测未来的诺贝尔奖得主。然而，了解哪些类型的发现受到认可，可以让我们洞察诺贝尔委员会如何随着时间的推移来解读这一挑战。无论今年认可的是哪一类研究，年度公告都必将吸引全球科学家的目光，并以每一项新科学发现所带来的深远“益处”和潜力激励我们所有人。
© Nobel Prize Outreach。摄影：Hugh Fox
