2023年的诺奖，又照亮了哪些应用领域？

从未有哪个尚存的奖项，能如有122年历史的诺贝尔奖一般，写尽20世纪以来科学技术的发展与更迭。

从1901年的X射线和1918年的量子论，到1923年、1945年的胰岛素和青霉素，再到2009年的光纤通信和2014年的发光二极管，以及近5年来获奖的锂电池和基因编辑等技术，都深刻地改变着人类的生活，塑造着未来的世界。

2023年诺贝尔生理学与医学奖、诺贝尔物理学奖和诺贝尔化学奖相继揭晓，mRNA、阿秒激光和合成量子点技术成为今年的“宠儿”。8位立足前沿的科学家带着由他们发明或参与的技术，登上了*的“世界科学殿堂”，而在他们身后，是已经被这些技术改变了的世界。

PART 01

阿秒激光

10月3日，2023年诺贝尔物理学奖花落美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、德国马克斯·普朗克量子光学研究所教授费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）和瑞典隆德大学教授安妮·呂利耶（Anne L’Huillier），三名科学家因为在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面所作出的贡献共同获奖。

阿秒是一个时间单位，即10的负18次方秒，用于描述电子在原子内部运动的情况，如电子绕氢原子核一周大约是150阿秒。而阿秒激光则是一种特殊的短波脉冲激光，因其脉冲持续时间极短，被用于观测和控制原子、分子和固体中电子的超快动态过程。

我们都知道，在拍摄高速移动的物体时，相机的曝光时间越短，拍摄出的物体便越清晰，而阿秒激光就是科学家们观测微观世界的“快门”。

美国中佛罗里达大学物理系特聘教授常增虎早在2012年便提出了双光学时间门方案，产生了67阿秒的孤立脉冲，创造了当时最短脉冲的纪录。后又在2017年的第六届国际阿秒物理会议上，其团队又使用脉宽12飞秒、中心波长1.7微米的红外激光作为驱动光源，获得了53阿秒的孤立脉冲，中心光子能量为170电子伏特（波长7.3纳米），刷新了自己保持的前世界记录，并且*次将阿秒脉冲的光子能量提高到100电子伏特以上。

激光被誉为20世纪人类科学史上最伟大的发明之一，而阿秒激光所属的超快激光技术，更是该领域“王冠上的明珠”。

超快激光是指脉冲宽度短于分子弛豫时间的脉冲激光，相比其他激光相比， 超快激光具极高的时间分辨率和极高的峰值功率。除前文提到的阿秒激光外，超快激光还包括我们熟知的皮秒和飞秒激光，三类激光共同促进了超快科学、极端光学在多学科领域的前沿应用，孵化了飞秒精密加工、高分辨成像、激光医疗等硬科技产业。

中科创星在超快激光领域也投资布局了数家企业。其中，天使轮投资企业「中科微精」便专注于超快激光高端精密制造装备的研发及生产，是超快激光高端精密制造的先导者。自2015年成立以来，「中科微精」先后承担、参与国家重点研发计划、国防科工重大装备自主可控专项、科技部仪器专项、工信部04专项等重点项目，并基于公司长期积累，研制出的三轴至七轴超快激光高端制造装备，打破了国外垄断。

不同类型激光加工原理 | 中科微精官网

「中科微精」已将成果用于航空发动机主流型号的研制与生产，解决了发动机三维曲面复杂微结构高品质制造的难题，是目前国内*具备飞机发动机叶片气膜孔飞秒激光精密加工能力的企业。

激光器是激光加工设备的核心器件，其性能关系到激光加工装备的技术水平。自1961年，中国科学院长春光机所研制出我国*台红宝石激光器至今，中国激光技术经历五十多年的发展，超快激光器已经在医学美容、消费电子、精密器械、显示照明、航空航天和能源环境等行业逐步开始大规模应用，目前也正不断在实现国产替代。

中科创星天使轮项目「卓镭激光」自研的激光器品类可分为超快激光器（皮秒、飞秒）、*激光器、混合技术激光器三大类。其中，超快激光器是公司的重点产品，在工业制造领域，其自主研发的BLAZER系列工业级超快激光器实现进口替代，在国内LCD全面屏切割领域市场占有率在行业前列。而在医疗领域，ALICE-PS系列医疗皮秒激光器打破欧美垄断，解决了国内高端医疗器械核心光源国产化问题。

工业级超快皮秒激光器 | 卓镭激光官网

随着超快激光功率创新高，我国对于大功率超快激光器的的需求仍十分迫切。中国科学院武汉文献情报中心发布的《2021中国激光产业发展报告》显示，2020年我国超快激光器市场规模为27.4亿元，国产皮飞秒超快激光器出货量由2015年的40台增长至2020年的2100台，5年间增长超50倍。另据前瞻产业研究院预测，2026年我国超快激光器市场规模有望达到62亿元，预计未来激光设备在精细微加工领域的应用需求将持续提升。

PART 02

量子点

10月4日，诺贝尔奖委员会将诺贝尔化学奖颁给了美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪（Moungi G.Bawendi）、美国哥伦比亚大学教授路易斯·E·布鲁斯（Louis E. Brus） 和美国纳米晶体科技公司科学家阿列克谢·伊基莫夫（Alexei Ekimov），以表彰他们在发现和合成量子点方面做出的贡献。

尽管因诺贝尔化学奖常常颁发给生命科学领域，而被大家调侃为“诺贝尔理综奖”，但这一次，组委会却出人意料地将这一殊荣颁发给光学领域的另一个技术——量子点。

不少人对这个技术的*印象，或许来自于三星当家的量子点QLED电视。2019年，三星率先推出QLED量子点技术，其凭借优异的业界表现，站稳了屏幕技术的*梯队。

不同颜色的量子点发光材料 | 扑浪量子官网

凭借突出的显示效果，量子技术被认为是推动VR/AR领域发展的重要技术之一，将应用在未来的电子设备上，为用户提供更好的使用体验。

中科创星投资企业「赛富乐斯」认为，量子点是目前*的色彩表现方案和色彩转换材料，而Micro-LED则是目前*进的光源技术，是业内公认的微显*解决方案。两者的结合能够解决高光强下的可靠性和效率问题，实现量子点Micro-LED直显技术。

自2014年成立以来，「赛富乐斯」先后攻克了纳米孔氮化镓外延技术、Micro-LED制备技术、量子点原位封装技术，硅基晶圆混合键合技术以及晶圆级微透镜技术等一系列难关，于2023年实现了业界*量子点Micro-LED产品的落地。

更详细的内容请参见中科创星历史文章。

另外，中科创星天使轮项目「扑浪量子」，则是国内唯二实现拥有自主知识产权的量子点材料的设计、制备，以及量子点应用产品销售的厂商。

公司在量子点显示材料、量子点包覆和精密涂布等方面拥有自主知识产权和核心技术，其专利技术高稳定性量子点复合结构材料(QLuMis)搭配自主研发的胶水配方，结合高精密涂布技术制作的广色域特种光学薄膜，可广泛应用于液晶显示，极大提升液晶的显示效果。

膜片效果对比 | 扑浪量子官网

「扑浪量子」联合创始人兼CEO张志宽向中科创星介绍，「扑浪量子」的量子点色彩转化光学薄膜既可以与液晶屏幕结合，也可以与Micro-LED，OLED结合，提升显示屏的分辨率和色域，带来更好的显示质量。

不仅是显示，在更广泛的领域，量子点技术也逐渐开始发挥着重要的作用。

比如在生物监测和医学成像领域，量子点极高的高亮度和光稳定性，使其成为*的荧光标记材料，用于研发用于识别肿瘤组织的靶向探针和可光学示踪的多功能载药体系。

而在化学领域，量子点还为开发高效、稳定的光催化剂提供了新的策略，有望用于产氢和固碳。

正如诺贝尔奖组委会所言：量子点在未来可以为柔性电子器件、微型传感器、更薄的太阳能电池和加密量子通信做出贡献，而我们对这些微小粒子应用潜力的探索，也才刚刚开始。

PART 03

mRNA

2020年突发的新冠肺炎疫情，使mRNA这项始终不被“重用”的技术大放异彩，而在今年这一技术直接成了诺贝尔生理学或医学奖的“座上宾”。

10月2日，诺贝尔奖组委会将2023年诺贝尔生理学或医学奖授予卡塔林·卡里科（Katalin Karikó）和德鲁·维斯曼（Drew Weissman），以彰显其研发的mRNA技术为推动新冠疫苗所做出的努力。

mRNA技术给人们带来了极大的震撼——它能将疫苗原本数年的研发周期压缩到10个月，同时还能保证极高的有效率（Ⅲ期临床显示，疫苗对原始株的有效性达95%）。

mRNA技术有两个方向的应用，开发疫苗或者开发药物。该技术通过将体外合成的mRNA递送到人体特定细胞中，mRNA会在目标细胞内翻译、表达成特定蛋白，分泌至胞外发挥作用。

如果这种蛋白质是抗原的表面蛋白，就会递送给免疫系统，引发特异性免疫。辉瑞的新冠肺炎mRNA疫苗便是将编码新冠病毒S蛋白的mRNA注射进入体内，使其在人体内合成S蛋白，刺激免疫系统产生相应的抗体。

如果表达出的是具有特定生物活性的功能蛋白，那就是mRNA药物。理论上mRNA能够表达任何蛋白质，符合个性化精准医疗的理念。

现在，mRNA技术已经是各大药企和生物技术创企关注的重要赛道。全球mRNA药物研发三大巨头为Monderna、BioNTech和CureVac，它们基于自研的mRNA技术平台，在传染病疫苗、罕见病、肿瘤免疫等领域均有布局。

因专利主要被国外公司持有，mRNA技术在国内的发展仍处于早期阶段。不过已有不少公司正从事相关的研发工作，如中科创星天使轮项目「深信生物」，该公司致力于mRNA药物及递送载体技术的研发工作，是全球为数不多掌握全球脂质纳米颗粒（LNP）底层技术的企业之一。

但mRNA的稳定性差，人体内的核糖核酸酶能够轻易地降解mRNA，使其免疫或治疗作用失效。为此，我们需要一种“保护mRNA”的技术，把mRNA递送到人体的目标位置。

而脂质纳米颗粒则是把mRNA包裹在脂质的纳米载体中，利用同性相容的原理，把mRNA送进细胞，在递送技术上颇具前景。

目前，深信生物已有两款mRNA疫苗产品获得美国FDA临床试验许可，包括一款广谱保护型新冠mRNA疫苗和一款带状疱疹mRNA疫苗。

复旦大学附属华山医院感染科主任张文宏也高度评价mRNA技术，他认为这类技术的临床应用从此打开了一个新的天地，为于肿瘤性疾病、遗传性疾病、免疫性疾病领域带来极大的前景。

参考资料：

1. 阿秒脉冲的前世今生.中科院物理所

2. 激光研究领域耀眼的明珠：超快激光.科学出版社

3. The Nobel Prize in Chemistry 2023.诺贝尔奖组委会

4. 张文宏点评mRNA疫苗技术获诺奖.*财经

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