「無用之用，方為大用」（the usefulness of useless）。2025 諾貝爾獎得主之一北川進貫徹一生的哲學，興許照見任何偉大的發現，都始於堅持下去的初衷。
今（2025）年諾貝爾化學獎揭曉，由日本京都大學教授北川進（Susumu Kitagawa）、澳洲墨爾本大學教授理查德・羅布森（Richard Robson）與美國加州大學柏克萊分校教授奧馬爾・亞基（Omar M. Yaghi）三位，因共同開創「金屬有機框架」（Metal–Organic Frameworks, MOFs）的新型分子結構而獲獎。
瑞典皇家科學院指出，得主們「創造一種具有巨大空間的分子結構，使氣體和其他化學物質可以在其中流動儲存。」諾貝爾化學獎委員會主席海納・林克（Heiner Linke）則表示：「這種結構潛力巨大，為打造客製化材料帶來前所未見的機會。」
MOFs 的誕生：承上啟下從微觀結構到「分子建築」
MOFs 的誕生可追溯至 1970 年代。1974 年，羅布森為學生製作木製分子模型，從中獲得靈感，他想，若能讓分子本身依據化學鍵的方向自我組裝，是否能創造出全新的結構？經過十多年思索嘗試，他在 1989 年以銅離子與四臂分子為基礎，合成出具有規則晶格與多孔空腔的新型化合物，首次展現「以金屬離子為節點、以有機分子為橋樑」的概念，成為 MOFs 的雛形，但當時結構尚不穩定。
邁入 1990 年代，北川進延續這一概念。1992 年，他首次製備出具孔洞的分子結構，但當時用途有限，難獲計畫資助。儘管如此，他堅持「無用之用」的信念，持續改良結構。1997 年，他以鈷、鎳、鋅離子與 4,4′-聯吡啶分子（4,4′-bipyridine），成功創建出可穩定吸附並釋放氣體的三維框架材料，證明 MOFs 不僅穩定，還具有實際功能。翌年，他在《日本化學會誌》（Bulletin of the Chemical Society of Japan）上系統性闡述 MOFs 的潛力：可透過多樣分子組合賦予不同功能，並且具柔軟可變的特性，也由此開啟人們對於 MOFs 應用的各種想像。
1999 年，亞基以 MOF-5 的問世為此領域寫下濃墨重彩的一筆。這種結構寬廣且極為穩定的 MOF，即使在 300°C 下仍不崩解，其內部表面積僅數克就相當於一座足球場。2002 至 2003 年間，他在《Science》與《Nature》兩篇論文中進一步提出性設計與改變 MOFs 性質的方法，成功創造出多達 16 種變體，開啟「可編程結構」的時代。自此，MOFs 被廣泛應用於氣體儲存、環境淨化、水收集等領域，例如亞基團隊甚至在亞利桑那沙漠中以 MOFs 成功從空氣取水。
當 MOFs 遇上生物醫學，材料特性助力藥物釋放與感測
除了環境與能源領域，MOFs 近年更在生物醫學領域方興未艾並取得諸多進展。由於其可控孔徑與化學可修飾性，MOFs 材料能作為藥物傳輸與控釋系統的理想平台。例如將抗癌藥物包載於 ZIF-8 型中，不僅可提升藥物穩定性，還能透過酸性腫瘤環境觸發釋放，同時發出可見光訊號，達成「自我指示型」的釋放監測。這類智慧 MOFs 載體也可結合抗體或 DNA，進行精準靶向，為個人化醫療鋪路。
而在生物感測與醫學影像方面，MOFs 的多孔特性與導電性讓其在高靈敏生物感測器領域備受青睞。例如其巨大的表面積能有效捕獲血液或體液中極低濃度的標誌物。透過與抗體或核酸適體（Aptamer）結合，可開發出能特異性識別癌症標誌物（如CA125）或阿茲海默症 β-類澱粉蛋白的應用，並轉化為螢光或電化學訊號，從而實現疾病的早期診斷。
也有研究指出 MOFs 薄膜未來將有機會整合於可穿戴裝置，即時追蹤血糖與代謝物變化。另一方面，含錳或釓（Gd）的 MOFs 也被用作磁振造影與電腦斷層的新型造影劑。
在組織工程與再生醫學領域，MOFs 亦被用於促進骨再生與抗菌。研究發現，將 ZIF-8 塗覆於鈦合金植入體上，可提升成骨細胞活性並抑制細菌生長。此外，結合 MOFs 與水凝膠製成的敷料，能在糖尿病傷口治療中促進血管生成與組織修復。
「無用」終有用，寒徹骨後見真章
回望這個一開始不被看好的「金屬有機框架」，如今已在各項領域開花結果，並開始改變人類的科技與生活。
「有些人認為這是一大堆垃圾。 但事情並不是那樣的。 」（“Some people thought it was a whole load of rubbish. But it didn’t turn out that way.”） 羅布森教授在得獎受訪中這樣說道。
「我告訴我的學生們，挑戰，在化學、科學中是非常重要的。」（“I tell my students that challenge is very important in chemistry, in science.” ）北川進教授在受訪中，叮囑著毋忘挑戰。
「我的父母不會讀、不會書寫，但在這段旅途中，科學允許我去做。」（“My parents could barely read or write. It’s been quite a journey, science allows you to do it.”）亞基教授談及早年在約旦作為難民的生活以及化學帶給他的改變時，感慨道。
延伸閱讀：2025 諾貝爾生理醫學獎得主揭曉：調節性 T 細胞與 Foxp3 基因解開免疫系統之謎
參考資料：
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