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日本化学、工程学家田中耕一

文章内容 | 2022-12-12 13:11:36
Koichi Tanaka (田中耕一)
田中耕一(日语:田中 耕一/たなか こういち Tanaka Kōichi ?,1959年8月3日-),是一名日本化学工程学家,任职於京都岛津制作所日本学士院会员文化勋章表彰。文化功劳者
2002年,田中因为「开发生物大分子同定与构造解析手法[1]」,与库尔特·维特里希约翰·贝内特·芬恩共同获得诺贝尔化学奖[2][3][4]。他获奖时仅有学士学位,为历来诺贝尔化学奖得主中仅见的特例。
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无题
早年生活与教育[编辑]

田中耕一於1959年8月3日出生於日本富山市,因为生母26天後不幸过世,後来他由叔父夫妇领养,田中直到大学一年级才获知此事。就读东北大学工学院电气工程学科二年级时,田中因必修的德文不及格而留级一年。
1983年4月1日进入岛津制作所就职,1992年外派到岛津制作所英国分公司担任研究员一年,1995年5月与相亲认识的裕子结为连理,1997年再次外派到岛津制作所英国分公司,担任研究员五年之久。

2022-12-12 13:12:26 | 引用
无题
软雷射脱附法[编辑]

[align=center][align=left]

2002年10月11日,日本首相小泉纯一郎(中央)在首相官邸接见田中耕一(右)与小柴昌俊(左)
[/align][/align]
以往对大分子诸如蛋白质进行质谱分析时,分析物必须通过雷射照射以电离汽化。但大分子受到犟烈雷射脉衝的直接照射後,会导致分析物裂解成微小的碎片,出现结构损失。1985年2月,田中发现过使用甘油中的超细金属粉末作为基质的混合物,就可以将分析物电离而不失去其结构。他的工作在1985年被提交专利申请,专利内容於1987年5月在京都召开的日本质谱学会年会上公布,被称为软雷射脱附法(Soft Laser Desorption,简称SLD)[5]
田中因此获得2002年诺贝尔化学奖後,一些科学家认为德国的米夏埃尔·卡拉斯弗伦茨·希伦坎普不应被排除在外[6][7],这是因为他们在1985年首次报导了一种使用小型有机化合物作为基质的、灵敏度更高的方法,他们称之为基质辅助雷射解吸/电离法(MALDI)[8] 然而,虽然MALDI开发於SLD之前,但在田中的报告之前,MALDI并未用於电离蛋白质。

2022-12-12 13:13:08 | 引用
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无题
2002年诺贝尔奖[编辑]

日本时间2002年10月9日晚间,瑞典皇家科学院宣布田中耕一在内的3人获得诺贝尔化学奖。接获英语电话通知获奖时,田中正在公司加班。他从「Nobel」「Congratulation」这些单词推测自己可能获得「一个海外的小奖」,身旁的同事则认为是整人节目的手法(ドッキリ)。另一方面,日本文部科学省与大众传媒皆无所适从,因为默默无名的田中并非学者,也没有博士学位。前唡年的诺贝尔化学奖得主野依良治白川英树互相联络後,也都不清楚「田中是谁」[9]
获奖後,田中因若干「特徵」引起举世关注,自此职业生涯发生巨大变化。[註 1]儘管田中拒绝大幅升职,他仍於同年11月1日获得岛津制作所部长待遇。翌年1月担任岛津制作所「田中耕一记念质量分析研究所」所长(破例的「执行役员待遇」头衔,享有董事待遇)。母校东北大学特别修改条例,为他颁发名誉博士学位。
2011年,田中研究小组开发出能使血液检查敏感度提高100倍的新技术,更容易发现癌症疾病[11]

荣誉[编辑]


2022-12-12 13:13:53 | 引用
无题
社会活动[编辑]

2004年4月,担任大学的客座教授,包括爱媛大学无细胞生命科学工学研究中心、筑波大学先端学际领域研究中心、京都大学国际融合创造中心、东北大学大学院工学研究科。同年6月应邀访问台湾。2008年3月从京都大学客座教授退任。2009年6月担任东京大学医科学研究所客座教授(疾患蛋白质组学实验室顾问)。
东日本大震灾发生後,田中接受日本政府的委任,於2011年11月担任东京电力福岛核电厂事故调査委员会的委员一职。
2015年3月1日,诺贝尔奖得主座谈(Nobel Week Dialogue)首次移师海外,在日本东京举行。在7名与会的诺贝尔奖得主当中包括2名日本人--京都大学山中伸弥教授(2012年医学奖)与名古屋大学天野浩教授(2014年物理学奖)[12]。此外,岛津制作所的田中耕一(2002年化学奖)出席了最後一轮座谈[13]

相关书籍[编辑]


2022-12-12 13:14:29 | 引用
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无题

  1. ^ :在历届的诺贝尔化学奖得主当中,田中学历最低,只有学士学位。类似的前例是日美混血的查尔斯·佩德森,他在1987年获奖时仅有硕士学位。田中在日本人诺贝尔奖得主当中,获奖年龄为第2年轻(仅次於汤川秀树);为首位後出生的得主;亦是第2位获奖的民间企业员工(赍江崎玲於奈)。田中的获奖,写下日本人获奖次数的最短时间间隔。此前一天东京大学教授小柴昌俊才获得诺贝尔物理学奖[10]

2022-12-12 13:15:16 | 引用
无题
参考[编辑]

  1. ^ Markides, K; Gräslund, A. Advanced information on the Nobel Prize in Chemistry 2002 [size=11.4811](PDF)[/size]. (原始内容存档 [size=11.4811](PDF)[/size]于2006-05-13).
  2. ^ Tanaka, K.; Waki, H.; Ido, Y.; Akita, S.; Yoshida, Y.; Yoshida, T. Protein and Polymer Analyses up to m/z 100 000 by Laser Ionization Time-of flight Mass Spectrometry. Rapid Commun Mass Spectrom. 1988, 2 (20): 151–3. doi:10.1002/rcm.1290020802.
  3. ^ Biographical Snapshots of Famous Women and Minority Chemists: Snapshot. [2008-08-18]. (原始内容存档于2008-06-05).
  4. ^ 存档副本. [2016-05-02]. (原始内容存档于2016-07-01).
  5. ^ Markides, K; Gräslund, A. Advanced information on the Nobel Prize in Chemistry 2002 [size=11.4811](PDF)[/size]. (原始内容存档 [size=11.4811](PDF)[/size]于2006-05-13).
  6. ^ Spinney, Laura. Nobel Prize controversy. The Scientist. 2002-12-11 [2014-06-04]. (原始内容存档于2014-06-07). Nobel Prize for Chemistry awarded amid protests that two of mass spectrometry's inventors overlooked
  7. ^ Victor A. Gault; Neville H. McClenaghan. Understanding Bioanalytical Chemistry: Principles and Applications. John Wiley & Sons. 8 December 2008: 184–185 [2017-10-25]. ISBN 978-0-470-71210-8. (原始内容存档于2020-02-18).
  8. ^ Karas, M.; Bachmann, D.; Hillenkamp, F. Influence of the Wavelength in High-Irradiance Ultraviolet Laser Desorption Mass Spectrometry of Organic Molecules. Anal. Chem. 1985, 57 (14): 2935–9. doi:10.1021/ac00291a042.
  9. ^ 黑田龙彦,宋碧华,《上班族的诺贝尔奇蹟:工程师田中耕一的成功传奇》,远流,2004。
  10. ^ 周刊现代2003年3月15日号
  11. ^ 田中耕一宣布:新技术能从一滴血中查出癌症 (页面存档备份,存于互联网档案馆)科技日报,2011-11-11
  12. ^ “诺贝尔奖获奖者座谈 东京2015” - 客观日本. [2015-09-17]. (原始内容存档于2015-04-02).
  13. ^ ノーベル受赏者7人、 「生命科学が拓く未来」を予想|医疗维新 - m3.comの医疗コラム. [2015-09-17]. (原始内容存档于2016-03-04).

外部连结[编辑]


2022-12-12 13:15:52 | 引用
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无题
歪打正着的失误
但是田中性情中的“阿甘精神”使他不肯在困难面前轻易放弃,他对UFMP还是抱有一丝幻想,于是又尝试将UFMP悬浮在不同的常用有机溶剂中,试图取得一些哪怕是微不足道的改进。他的研究风格是典型的“一根筋”,就是不断改换溶剂或是调整溶剂的浓度来反复试验,无数次尝试后仍然没有实质性突破。
1985年2月,田中在一次实验过程中犯了一个非常低级的错误,他原本想用丙酮来悬浮UFMP,结果居然错用了甘油。稍具中学化学知识的读者都知道,甘油在室温下是黏度很大的液体,人们在冬天可以将其涂在皮肤表面来防裂,而生物学家则通常用它来保藏菌种。因此甘油根本就不是常用的溶剂,与具有强烈刺激气味的丙酮简直是天地之别!好奇的读者难免要问,当时田中的实验桌上为何会放着一瓶甘油?原来1980年代初的质谱界最流行的离子化手段还不是激光照射,而是由巴伯(Michael Barber)和瑟曼(David Surman)等人首创的快原子轰击法(fast atom bombardment, FAB),这种方法需要用甘油为介质(图3)。岛津研究小组要研制新型质谱仪就免不了要用FAB方法做对照实验,这样才能证明新方法的优越性。
图3:快原子轰击法以甘油为介质实现去吸附离子化的机理。来源:Tanaka, K. (2002) Nobel Lecture。

2022-12-12 13:19:39 | 引用
无题
在田中“不幸”将甘油倒入UFMP与要检测的维生素B12混合物的瞬间,他立刻意识到了这个“重大失误”,因为这么黏稠的液体绝不可能是丙酮。当时UFMP的价格比较昂贵,而田中时刻铭记的是其祖母“不要随便浪费东西”的谆谆教导(这与影片中阿甘牢记的母亲语录“生活就像一盒巧克力”相映成趣),于是他决心挽救这一UFMP样品。由于质谱实验在真空中进行,田中知道刚加入的甘油迟早会挥发掉,那时他再加入丙酮就能“拨乱反正”。但他此刻实在是心急如焚,无法忍受这种等待的煎熬。于是他就用激光照射来试图加快甘油的挥发,同时他的眼睛还紧盯着显示屏上的质谱,只要能看到分子量是92的那个“倒霉的”甘油分子离子峰消失,他的“拯救UFMP计划”就将大功告成。但就在这时,一个意想不到的质子化分子离子峰(protonated molecular ion)在质谱上出现,其分子量对应完整的维生素B12分子(1315道尔顿)。
图4:维生素B12的化学结构

2022-12-12 13:20:14 | 引用
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无题
维生素B12(图4)的分子量虽然不算特别大,但其三维结构比较复杂,是化学史上具有传奇色彩的一个分子。英国科学家霍奇金(Dorothy Hodgkin)在1956年用X射线晶体衍射法解出维生素B12的完整结构而获1964年诺贝尔化学奖,这一精妙的结构又激发了美国有机合成大师伍德沃德(Robert Woodward)的浓厚兴趣。从1961年开始,由伍德沃德教授在哈佛的实验室和埃申莫泽教授(Albert Eschenmoser)在瑞士苏黎世的实验室联手的跨国团队奋战了12年,终于完成了由数百个反应构成的维生素B12人工全合成(图5)。这是有机化学历史上的一座丰碑,由此带来的一个理论突破 —— 伍德沃德-霍夫曼(Woodward-Hoffmann)规则,荣膺1981年诺贝尔化学奖。维生素B12分子能够极其高效地吸收激光能量而容易在气相中裂解田中用UFMP的丙酮悬浮液为介质时在质谱上很难检测到完整的质子化分子离子峰,却往往看到其裂解后产生的大量碎片离子。没想到奇迹竟然在混入甘油后发生!因此我们也不妨将田中的中文绰号“日本阿甘”中的“甘”字幽默地看成甘油的“甘”,就有了一语双关的神韵。

2022-12-12 13:20:51 | 引用
无题
田中在将信将疑之余,开始着手将神奇的UFMP-甘油混合介质试用于检测更大的生物分子。他以超人的耐心调整各种实验参数,又敢于突破当时欧美质谱界普遍采用波长为266纳米高能激光源的成规,率先尝试了波长为337纳米的低能量氮气激光源,以求避开蛋白质分子中芳香性氨基酸侧链在280纳米附近的强吸收波段,果然明显降低了样品中蛋白质大分子发生裂解的概率。凭着对实验细节不厌其烦的重视,田中终于在1985年8月检测到了34529道尔顿的羧肽酶(carboxypeptidase A)的分子离子峰(图6)!这是仪器分析化学的一个历史性突破,正式宣告蛋白质大分子可以被完整地离子化而进入气相。
图6:通过UFMP-甘油混合介质检测到的羧肽酶完整分子离子峰。来源:Tanaka, K. (2002) Nobel Lecture。

2022-12-12 13:21:27 | 引用
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