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2013諾貝爾獎/化學實驗電腦化 美3傑奪化學獎

自由時報/ 2013.10.10 00:00
40年前洞燭機先

〔編譯管淑平/綜合報導〕三名美國籍學者卡普拉斯(Martin Karplus)、李維特(Michael Levitt)和瓦歇爾(Arieh Warshel)以電腦為複雜的化學系統建立多尺度模型,模擬化學反應過程,共同獲得今年的諾貝爾化學獎。瑞典皇家科學院指出,三人的研究讓人們能在電腦上預測和了解微妙難解的化學過程,實際上是把化學帶入電腦,加速了從製藥到太陽能應用等多領域的進展。

為電腦模擬化學過程奠基

瑞典皇家科學院說,化學反應一閃即逝,難以用肉眼觀察,也幾乎不可能用實驗描繪化學過程中的每一細節,過去化學家用塑膠球、塑膠棍模擬化學分子結構,現在用電腦;對今日的化學家而言,電腦的重要性不下於試管,反映真實狀態的電腦模型已是現今大多數化學領域進展的關鍵,而卡普拉斯等三人在一九七○年代的研究,則為電腦模擬化學過程奠定基礎。

計算生命化學的通用程序

以製藥為例,借助電腦模型計算原子間的互動,研究人員得以了解實驗性藥物與體內特定蛋白質會有什麼反應,工業應用如太陽能板設計、汽車觸媒轉化器的催化機制等。頌詞說,三人發展出的電腦模擬方法具通用性,「能用於研究從生命體分子結構到工業化學等所有類型的化學過程」。

卡普拉斯 核磁共振方程式開發人

現年八十三歲的化學家卡普拉斯,在奧地利出生,擁有美、奧地利國籍,現為法國史特拉斯堡大學、美國哈佛大學教授,他也開發用於核磁共振的「卡普拉斯方程式」。

六十六歲生物物理學家李維特具美、英籍,任教史丹福大學。他說,知道得獎時「心快跳出來」,好像喝下「三倍義式濃縮咖啡」,而得獎研究基本上是他二十歲撰寫的電腦程式,「我想我的程式真的寫得很好」。

七十二歲的化學家瓦歇爾是以色列、美國雙國籍,任教南加州大學。瓦歇爾說,獲獎令他「極為高興」,他說,「簡單來說,我們開發的就是用電腦了解蛋白質結構的方式,然後最終了解其如何發揮其作用」,你能用來設計藥物。從一九七五年以來,瓦歇爾一直堅定認為電腦科技是研究的未來,但每篇文章都曾遭拒絕,曾感嘆「不知道能不能活到證明我是對的那天」。

結合古典物理和量子物理

過去科學家在電腦上模擬化學分子結構,需選擇使用以古典物理學或者量子物理學為基礎建構的軟體。卡普拉斯等三人的研究擷取兩者長處,發展出能並用古典物理學以及量子物理學研究化學過程的方法。

卡普拉斯七○年代在哈佛大學建立用量子物理模擬化學反應的電腦程式。瓦歇爾和李維特則在以色列魏茲曼科學研究所建立以古典物理理論為基礎的電腦程式。一九七○年瓦歇爾到美國加入卡普拉斯的實驗室,後來回到以色列又與李維特合作,讓古典、量子物理能更順暢地並用於模擬蛋白質化學反應過程。

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