5 công trình thắng giải VinFuture 2023

11 nhà khoa học được vinh danh với nghiên cứu tiên phong, liên quan đến giống lúa năng suất cao, lỗ thủng tầng ozone, pin mặt trời, lưu trữ bằng pin Lithium-ion và tiểu đường, béo phì.

1. Công nghệ pin mặt trời

Giải chính VinFuture Grand Prize trị giá lớn nhất (3 triệu USD) được trao cho 4 nhà khoa học cho phát minh đột phá, kiến tạo nền tảng bền vững cho năng lượng xanh thông qua việc sản xuất bằng pin mặt trời và lưu trữ bằng pin Lithium-ion.

Trong đó, Giáo sư Martin Andrew Green, Đại học New South Wales, Australia là người tiên phong phát triển công nghệ bộ phát thụ động và tiếp điểm phía sau (PERC) cho pin mặt trời. Giáo sư Martin được biết đến với giữ kỷ lục về hiệu suất pin mặt trời silicon suốt 30 trong số 39 năm qua, được mô tả là một trong 10 cột mốc quan trọng trong lịch sử quang điện mặt trời.

Giáo sư Martin Green. (Ảnh: Văn Lưu).

Việc cải tiến hiệu suất của pin mặt trời đã mở ra kỷ nguyên sản xuất năng lượng tái tạo hiệu quả, góp phần thúc đẩy một thế giới công bằng và bền vững. Công nghệ pin mặt trời silicon đã được nhiều nhà khoa học khắp nơi phát triển trong suốt nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, các loại pin mặt trời hiện đại có hiệu suất cao đều dựa vào công nghệ bộ phát thụ động và PERC do nhóm của giáo sư Martin Green tiên phong phát triển.

Green là người đầu tiên mô tả và nhóm của ông là những người đầu tiên phát triển, chứng minh bằng thực nghiệm với hai cách tiếp cận khác nhau về cơ bản để cải thiện hiệu suất tế bào silicon. Nhóm nghiên cứu của ông đã nâng cao đáng kể hiệu suất của pin mặt trời, mở đường cho việc sử dụng năng lượng mặt trời một cách rộng rãi hơn. Những cải tiến bao gồm việc giảm thất thoát photon năng lượng bằng cách sử dụng gương phản xạ bề mặt phía sau, kết hợp lớp điện môi và lớp kim loại mỏng để giảm sự hấp thụ photon. Ngoài ra, họ đã phát triển các kỹ thuật thụ động bề mặt sau, sử dụng các lớp điện môi hoặc cấu trúc dị hợp để giảm tổn thất sóng mang. Các phát kiến này đã dẫn đến sự phát triển vượt bậc của công nghệ PERC giúp tối ưu hóa hiệu suất của pin mặt trời và chứng minh tính khả thi của việc kết hợp các công nghệ tiên tiến này vào sản xuất hàng loạt.

2. Công trình tạo ra pin Lithium-ion

Giải chính VinFuture Grand Prize cũng được trao cho Giáo sư Stanley Whittingham, Đại học Binghamton, Đại học bang New York, Mỹ và hai nhà khoa học khác gồm Giáo sư Rachid Yazami (người Maroc) và Giáo sư người Akira Yoshin (Nhật Bản) với công trình tiên phong đột phá về pin Lithium-ion.

Loại pin này đã đặt nền móng cho xã hội không dây và không nhiên liệu hóa thạch, đem lại lợi ích lớn cho nhân loại. Nhờ nghiên cứu này, cùng với cố giáo sư người Mỹ, John B. Goodenough, Giáo sư Akira Yoshino, Stanley Whittingham trở thành chủ nhân của giải Nobel Hóa học 2019.

Giáo sư Stanley Whittingham, chủ nhân của giải Nobel Hóa học 2019. (Ảnh: Văn Lưu).

Giáo sư Whittingham phát minh ra nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion và xác định vai trò của ion Lithium như một chất mang điện tích hiệu quả. Ông là người khởi xướng và khám phá ra nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion. Bắt đầu từ bước đột phá vào năm 1974, ông đã chế tạo ra mẫu pin Lithium-ion đầu tiên, mở ra kỷ nguyên mới trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Ông là người tiên phong nghiên cứu khái niệm xen kẽ điện cực và đã mô tả tỉ mỉ sự khuếch tán của Lithium vào các mạng tinh thể kim loại khác nhau. Whittingham cũng tập trung cải thiện sự ổn định cấu trúc và số lượng chu kỳ của pin, thông qua việc áp dụng các phản ứng xen kẽ đa electron để nâng cao tính ổn định và dung lượng của chúng.

Kể từ khi gia nhập thị trường vào năm 1991, Pin lithium-ion cung cấp điện cho một số thiết bị được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, từ máy tính xách tay tới điện thoại di động thông minh. Sự phát triển của pin lithium-ion cũng giúp các phương tiện hoạt động bằng điện trở nên khả thi, đồng thời thúc đẩy giao tiếp không dây phát triển mạnh.

3. Giống lúa cao sản kháng bệnh rầy nâu

Cùng với Giáo sư Gurdev Singh Khush, người Mỹ gốc Ấn Độ, Giáo sư Võ Tòng Xuân, Trường Đại học Nam Cần Thơ được trao giải đặc biệt dành cho nhà khoa học đến từ các nước đang phát triển. Giải thưởng vinh danh nghiên cứu cơ bản của ông trong việc phát minh và phổ biến giống lúa kháng bệnh, góp phần củng cố an ninh lương thực toàn cầu. Ông là nhà khoa học Việt đầu tiên được trao giải thưởng VinFuture.

Giáo sư Võ Tòng Xuân. (Ảnh: Văn Lưu).

Trong cuộc cách mạng nông nghiệp, Giáo sư Xuân đóng vai trò quan trọng trong việc phổ biến giống IR36 trên khắp các vùng thường xuyên bị sâu bệnh tấn công ở Đồng bằng sông Cửu Long và hợp tác với nông dân để áp dụng các kỹ thuật cấy ghép tiên tiến. Nhờ các sáng kiến này, ông đã thúc đẩy mở rộng khả năng tiếp cận với hạt giống lúa chất lượng và tăng cường sản lượng lúa gạo với chi phí thấp hơn mà không sử dụng hóa chất độc hại.

Đến những năm 1980, giống lúa IR36 đã được sử dụng trên toàn cầu với diện tích canh tác lên đến 11 triệu héc-ta. Đến năm 2000, việc phổ biến rộng rãi IR36 và các giống lúa khác đã góp phần đáng kể vào việc tăng năng suất lúa gạo, với sản lượng tăng lên đến 600 triệu tấn. Ngoài IR36, IR64 đã được trồng rộng rãi trên 10 triệu ha trong vòng hai thập kỷ kể từ khi được đưa ra thị trường, tạo ra tác động tích cực đến cuộc sống của hàng triệu người trên toàn thế giới. IR64 được phổ biến lần đầu tiên ở Philippines vào năm 1985, ngay sau đó là ở Bhutan, Burkina Faso, Campuchia, Trung Quốc, Ecuador, Gambia, Ấn Độ, Indonesia, Mauritania, Mozambique, Việt Nam và các vùng Sahelian của Tây Phi. Đến năm 2018, IR64 và các thế hệ con cháu đã được trồng rộng rãi tại nhiều quốc gia và là giống lúa phổ biến nhất tại khu vực nhiệt đới châu Á, chứng minh tính ưu việt và khả năng thích nghi đặc biệt của chúng.

4. Phát hiện về hormone GLP-1 giúp giảm cân, điều trị tiểu đường

Năm 2023 ghi nhận sự bùng nổ của các loại thuốc điều chỉnh quá trình trao đổi chất như Ozempic, Wegovy và Mounjaro. Các loại thuốc này dựa trên hormone GLP-1, có thể giảm cả nguy cơ mắc bệnh tiểu đường và tim mạch. Việc nhắm mục tiêu vào thụ thể GLP-1 cũng hỗ trợ giảm cân hiệu quả. Công trình phát hiện về hormone GLP-1 này mang đến Giải đặc biệt dành cho nhà khoa học nghiên cứu các lĩnh vực mới cho Giáo sư Jens Juul Holst, Đại học Copenhagen, Đan Mạch.

Giáo sư Jens Juul Holst. (Ảnh: Văn Lưu).

Giáo sư Holst là nhà khoa học tiên phong trong lĩnh vực nội tiết và chuyển hóa. Song song với nhóm nghiên cứu của Giáo sư Joel Habener tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Holst tại Đại học Copenhagen đã phát hiện ra cấu trúc và vai trò peptide-giống glucagon 1 (GLP-1) trong việc điều chỉnh nhu động đường tiêu hóa và nồng độ insulin. Xuất phát từ việc phát hiện ra GLP-1 trong ruột và tuyến tụy của động vật có vú vào năm 1986, một năm sau, ông công bố nghiên cứu đột phá về việc phát hiện ra isoform chức năng của GLP-1 có cấu trúc phân tử ngắn hơn 7 axit amin, được kí hiệu là proglucagon 78-107 hoặc GLP-1 (7-36).

Việc tìm thấy isoform GLP-1 (7-36) sau đó đã dẫn tới việc tìm ra vai trò điều tiết insulin và glucose của peptide này trên người, mở ra kỷ nguyên của các phương pháp điều trị tiểu đường và béo phì dựa trên GLP-1.

Không chỉ đóng góp lớn cho việc xác định vai trò sinh học và phát triển các liệu pháp dựa trên GLP-1, Giáo sư Holst đóng vai trò chính trong việc xác định hoạt động của enzyme dipeptidyl-peptidase-4 (DDP-4) trong quá trình phân hủy GLP-1. Từ khám phá này, một dòng thuốc mới dựa trên cơ chế ức chế DDP-4 được ra đời và giúp cải thiện đáng kể hiệu quả của các liệu pháp GLP-1 thông qua việc nâng cao thời gian tồn tại của thuốc trong cơ thể và tăng cường tính ổn định cùng hiệu quả sinh học của chúng.

Giải thưởng này cũng được trao cho phó giáo sư Svetlana Mojsov, Đại học Rockefeller, Mỹ, với những đóng góp đột phá trong việc tìm ra các isoform chức năng của peptide giống glucagon 1 (GLP-1), mở ra hàng loạt công trình nghiên cứu và phát triển các liệu pháp dựa trên peptide này. Trong thời gian làm việc tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts vào năm 1986, bà Mojsov đã hợp tác cùng các nhà nghiên cứu trong việc tìm ra hàng loạt các các isoform của GLP-1, bao gồm GLP-1 (1-37), GLP-1 (1-36), GLP-1 (7-37) và GLP-1 (7-36), điều chỉ có thể đạt được nhờ nỗ lực của bà trong việc phân lập các kháng thể đặc hiệu cho loại peptide này.

PGiáo sư Svetlana Mojsov. (Ảnh: Văn Lưu)

Cùng năm, bà cũng công bố nghiên cứu mang tính nền tảng trong tiến trình phát triển của lĩnh vực khi tìm thấy GLP-1 (1-37) trong dạ dày chuột. Sau đó vào năm 1987, bà tiếp tục cùng Giáo sư Habener và TS Gordon Weir công bố quan sát đầu tiên về tác động kích thích sản sinh insulin của GLP-1 (7-37) trong mô hình tuyến tụy ở chuột. Những phát kiến trong việc xác định vai trò sinh lý - nội tiết của GLP-1 bởi PGiáo sư Svetlana Mojsov đã đặt nền tảng cho các nỗ lực sản xuất thuốc và thử nghiệm lâm sàng sử dụng GLP-1 nhằm chống lại các bệnh béo phì và tiểu đường, mở ra cơ hội cải thiện sức khỏe cho hàng trăm triệu người trên thế giới.

5. Phát hiện cơ chế hình thành lỗ thủng tầng ozone

Giải thưởng đặc biệt dành cho Nhà khoa học nữ được trao cho giáo sư Susan Solomon, Viện Công nghệ Massachusetts, Mỹ - nhà khoa học tiên phong trong lĩnh vực hóa học khí quyển, với những đóng góp đột phá giúp mở rộng hiểu biết của nhân loại về hiện tượng suy giảm tầng ozon và vai trò của chất chlorofluorocarbons (CFC).

Phó thủ tướng Trần Hồng Hà trao giải cho Giáo sư Susan Solomon tối 20/12 tại Hà Nội. (Ảnh: Giang Huy).

Khởi nguồn từ những tính toán của Giáo sư Mario Molina và Sherwood Rowland năm 1974, giả thuyết về tác động của CFC lên tầng ozon được giới khoa học quan tâm rộng rãi và nghiên cứu trong nhiều năm. Tuy nhiên, phải đến năm 1986-1987, giả thuyết này mới được chứng minh một cách thuyết phục sau khi thực nghiệm tại Nam Cực của Giáo sư Solomon đã thu thập những bằng chứng tin cậy về lỗ thủng tầng ozon đặc biệt lớn gây ra bởi CFC tại khu vực này. Thực nghiệm cũng xác nhận các giả thuyết trước đó của bà về việc mật độ lớn của mây tầng bình lưu vùng Nam Cực đã tạo ra hấp dẫn điện từ với CFC.

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm này sau đó đã thúc đẩy nỗ lực toàn cầu và dẫn đến sự ra đời của Nghị định thư Montreal. Đây là một trong những hiệp định quốc tế thành công nhất trong việc giải quyết vấn đề môi trường toàn cầu, giúp đạt được sự đồng thuận trên toàn thế giới để loại bỏ dần các chất gây hại cho tầng ozon như CFC.

Ngoài ra, những khám phá sâu rộng của Solomon cũng làm phong phú sự hiểu biết về động lực khí hậu, tập trung vào mảng như hóa học khí quyển, cơ chế phản hồi khí hậu và tác động do con người gây ra đối với nhiệt độ toàn cầu. Những hiểu biết và khả năng lãnh đạo của bà đã định hình các mô hình khoa học và chính sách quốc tế, đóng góp to lớn cho các nỗ lực bảo vệ môi trường toàn cầu.

Giải thưởng do Quỹ VinFuture được khởi xướng từ năm 2020 và trao hàng năm cho các phát minh khoa học công nghệ đột phá, có tiềm năng tạo ra thay đổi ý nghĩa trong cuộc sống của con người. Sau ba mùa giải đã có 27 nhà khoa học được tôn vinh. Tổng giải thưởng trị giá 4,5 triệu USD, trong đó một giải chính 3 triệu USD và 3 giải đặc biệt 500.000 USD mỗi giải, với 3 hạng mục: Nhà khoa học nữ, Nhà khoa học đến từ các nước đang phát triển và Nhà khoa học nghiên cứu các lĩnh vực mới.

VinFuture 2023 nhận được 1.389 hồ sơ đề cử, đến từ 90 quốc gia và vùng lãnh thổ trên khắp 5 châu lục. Con số này năm thứ hai là 970 và mùa một là 599 đề cử.

Cập nhật: 21/12/2023 VnExpress