晶体，是原子、离子或分子按照一定的周期性，在空间中结晶形成的具有一定规则几何外形的固体^[1]。因其特定的排列粒子及排列方式，通常有绚丽多彩的外观。古往今来，自然界丰富多彩的晶体倍受人们关注。从氧化铝为代表的宝石类晶体到以方解石、萤石为代表的矿石类晶体，无一不被人类所研究利用。南宋哲学家程大昌曾在《演繁露》中记载道：“盐已成卤水，暴烈日，即成方印，洁白可爱，初小渐大，或数千印累累相连”，可谓历史上关于晶体最早的记载，至今已有千年历史。随着纳米级检测技术的快速发展，科学家们逐步把研究方向转向如何从分子水平上控制晶体形成的结构。1848年，Louis Pasteur教授首次利用晶体的不对称习惯分离了酒石酸钠铵的两种对映体，并以此证明了晶体的形态与其内部对称性之间具有不可分割的关系^[2]，从此打开了科学家们从分子水平上研究晶体的序幕。但随着X射线衍射、差式扫描量热法(DSC)、动态水吸附(DVS)等晶体测定方法的快速出现，科学家关于晶体结构和形貌的相关性研究显得愈发不足，许多材料的重要性能未得到系统性的开发。而Leslie Leiserowitz教授和Meir Lahav教授开创的有机晶体立体化学改变了这个局面，并以此获得了2021年沃尔夫化学奖。

Leslie Leiserowitz，以色列化学家和晶体学家，1934年出生于南非约翰内斯堡。早年于南非开普顿大学学习电气工程并取得学士学位，而后师从Reginald William James教授获得X射线晶体学的物理学硕士学位。1959年进入以色列魏兹曼研究所X射线晶体学系，师从1966年诺贝尔化学奖得主Dorothy Crowfoot Hodgkin的学生Gerhard Schmidt获得博士学位。1966年至1968年于海德堡大学研究期间，Leiserowitz收到Heinz Staab的邀请，共同在有机化学的框架内建立了X射线晶体学系。他还在汉堡的德国电子同步加速器研究所(DESY)与丹麦科学家合作，利用X射线衍射来研究先前利用同步加速器研究的分子薄膜。几年后便回到魏茨曼研究所并工作至今。

Meir Lahav，以色列化学家，1936年生于保加利亚索菲亚，1948年随着以色列建国而来到以色列，进入耶路撒冷希伯来大学学习并于1962年获得聚合物化学硕士学位，1963年进入魏茨曼研究所学习并于1967年获得固态化学博士学位。获得博士学位后，Lahav前往美国哈佛大学进行博士后研究，期间与Paul Doughty Bartlett共事。1985年之后在魏茨曼研究所工作至今。

1987年，Leslie Leiserowitz和Meir Lahav共同获得瑞士苏黎世联邦理工学院颁发的the Prelog Medal。

2002年，Leslie Leiserowitz和Meir Lahav共同获得由瑞典皇家科学院颁布的晶体学奖项Gregori Aminoff Prize。

2016年，Leslie Leiserowitz和Meir Lahav共同获得Israel Prize。

2018年，Leslie Leiserowitz和Meir Lahav共同获得EMET Prize。

沃尔夫奖(图 1)是由以色列沃尔夫基金会颁发的一个国际奖项。该基金会由前古巴驻以色列大使Ricardo Wolf (里卡多∙沃尔夫)创立(图 2)。不论其肤色、国籍、性别，秉承奖励为人类的利益或各国人民之间的友好关系做出杰出贡献并在世的科学家和艺术家，沃尔夫基金会都会每年以10万美元奖励每位获奖者。该获奖领域共分为农业、化学、数学、医学、物理学和艺术六个方面奖项。其中以物理学与化学这两个奖项最为引人注目，沃尔夫物理奖与化学奖为继诺贝尔奖之后最负盛名的国际奖项。据相关统计，近三分之一的沃尔夫奖获得者之后获评诺贝尔奖，故其有“诺奖风向标”之称。

沃尔夫基金会的创始人沃尔夫博士于1887年出生于德国汉诺威。从小便被教导要重视教育，追求高尚的伦理道德。在第一次世界大战之前，沃尔夫移民古巴并在此与其爱人Francisca Subirana结婚。多年后，因其发明了通过冶炼废渣回收废铁的方法，而获得了一笔非常可观的财富。早年获得的人文主义价值观，使其从古巴革命开始便向卡斯特罗提供经济与道义上的援助。此后，主动请缨并于1961年开始作为古巴驻以色列大使工作。1973年古巴与以色列断交后，沃尔夫放弃职位并留在以色列直至过世。

自1976年沃尔夫奖建立以来，国内外众多杰出华人科学家获得此奖。

吴健雄，因在探索弱相互作用方面做出卓越贡献获1978年首届沃尔夫物理学奖。

陈省身，因在整体微分几何方面的杰出工作获1983年沃尔夫数学奖。

袁隆平，因在杂交水稻品种及相关基因的创新发现获2004年沃尔夫农业奖。

钱永健，因在设计和生物应用新型荧光和光可溶分子来分析和干扰细胞信号转导方面的开创性贡献获2004年沃尔夫医学奖。

丘成桐，因在几何分析方面的工作对几何学和物理学的许多领域产生了深刻的影响获2010年沃尔夫数学奖。

邓青云，因开创有机材料的研究领域获2011年沃尔夫化学奖。

翁启惠，因开发了可编程的化学和酶合成方法获2014年沃尔夫化学奖。

晶体的形成作为最基础的化学现象之一，一直是人们的研究热点。1848年巴斯德著名的分离酒石酸盐实验与1875年化学家Jacobus Henricus van’t Hoff提出的空间立体结构假说，形成现代立体化学的基础。随着晶体化学的发展，科学家提出了经典晶体成核理论：过饱和溶液中的分子自发相互聚集，形成一个独立于溶剂的表面。其形成表面的自由能为正值，并与原子核半径成正比。但由于驱使分子聚集的自由能为负值，当聚集表面到达临界大小时，总自由能将变为负值，晶体便可稳定生长^[3]。随着测量技术与检测手段的快速发展，经典晶体成核理论的权威性也受到种种质疑。许多成核的现象，例如临界核的组成与结构和最终形成的晶体不符等问题无法得到合理的解释。因此，许多理论相继被提出，促使了相关实验方法的发展。

设计与合成有理想功能晶体起初是十分困难的，由分子水平上解释晶体成核的理论也迟迟无法提出，此后也没有化学家能够证明晶体形态与分子立体结构的关系。基于此，20世纪80年代中期Lahav和Leizerowitz进行了相关研究，并开创了有机晶体立体化学的概念，揭开宏观晶体形态与微观分子立体结构之间神秘的幕纱。

他们的工作主要围绕不对称合成开展。不对称合成，指反应物分子整体中的一个对称结构单位被一个试剂转换成一个不对称的单位，而产生不等量的立体异构体产物(图 3)。

合成手性环丁烷聚合物时，他们发现：在非手性溶剂中反应时，生成了等量的D、L构型的手性聚合物，即外消旋体，产物不存在旋光性。当溶剂中存在一定量的单个手性的手性二聚体、三聚体或低聚物时，便可以实现其中一个晶向的不对称诱导^[4]，如图 4所示。因此，他们认为有机晶体形成过程中与晶体中的三维分子结构有着紧密的机械学联系。

晶体生长的形状与其不同方向的相对生长速率有关。特定方向的生长速率越快，其晶面面积就越小。所以当一个晶面的垂直生长速率被某种因素抑制时，这个晶面的相对面积将会增加^[4]。晶体各晶面结构不尽相同，同一抑制因素对不同晶面的抑制也互不相同。

如图 5、6所示，在添加剂存在的情况下，有机晶体生长过程中发生特异的形态变化，揭示了外来物质与晶体不同表面的不同结构相互作用的高度特异性。基于晶体生长原理及该实验现象，他们提出：由于立体化学相似性，手性二聚体、三聚体及低聚物的绝对形态与母晶相同，因此可以替代晶体的原生长位点上的两个、三个或n个受体单元。该吸收导致同一晶体生长速率的急剧下降，将结晶平衡转移到未受影响的相，以此来抑制该手性形态晶体的形成^[4]，为在相对尺度上确定绝对构型提供了一种新的方法, 即手性放大。在此基础之上，Leslie Leiserowitz和Meir Lahav课题组创新性地研究添加剂的刚性三维结构及其与晶体的结合能差异^[5]，以便使用廉价且高效的添加剂来精准地制备某种晶体，使得该方法拥有更高的实用性。

上述方法是向待成核体系中加入成核抑制剂来控制晶体成核，而加入成核促进剂同样可以实现相同的效果。通过在界面上发生非均匀过程，降低成核所需要的能量壁垒，使晶体成核的总自由能降为负值，从而促进晶体成核^[4]。

20世纪初，Langmuir教授以一系列实验证明由疏水尾部与亲水头部构成的两性分子会聚集在液-气界面处，即Langmuir膜^[6]。由于其独特的物理化学性质，自其被发现以来，便引起全世界科学家的广泛关注。20世纪末，Lahav和Leizerowitz课题组开始对Langmuir膜进行系统性研究。

1988年，Lahav和Leizerowitz课题组报道了他们对于不同氨基酸构成的Langmuir膜促进甘氨酸晶体成核作用的研究^[7]。研究过程中，他们分类测试了不同限制分子截面积的Langmuir膜，最终发现：过饱和甘氨酸溶液中若存在其限制分子截面积小于3 nm的Langmuir膜，在压缩溶液体积时，甘氨酸晶体便可迅速在其表面成核析出。同时，生成的晶体具有特定的取向；当使用R构型的Langmuir膜时，生成的甘氨酸晶体(0${\rm{\bar 1}}

借助GIXD (掠入射X射线衍射)、AFM (原子力显微镜)、EM (电子显微镜)以及表面荧光技术等其他光谱技术的实时监测，他们在诱导冰成核^[8]、界面光化学反应、对映体分离^[9]、多组分分子自组装和胆固醇成核等方面都取得了相应的成果。在这些工作中，他们首次实现了利用磷脂分子构成的Langmuir膜，通过GIXD及中子散射等技术检测，将非外消旋的氨基酸单体分离成二维晶体，再控制晶格聚合形成同手性寡肽^[10]。巧妙的是，生物细胞膜的基本支架恰为磷脂双分子层，他们此次的工作某种程度上再现了细胞内核糖体由氨基酸合成多肽的一系列生物过程，不禁让人提出一个大胆的猜测：人类是否能在生物体外利用Langmuir膜来合成更为复杂的多肽乃至蛋白质呢？

该工作不仅为GIXD等技术的使用开创了一个先河，还首次解释证明了二维晶体及三维晶体的生长动力学，甚至能够为从简单的前生物混合物演变生命的复杂化学机制提供理论基础，引起科学界的强烈反响，其相关文献引用量达到了700余次。除此之外，他们还解释了胆固醇等许多医学方面的病理结晶的形成，给予许多因生物矿化现象造成的疾病提供了一个解决思路。他们的研究，将看似处于物理化学这座大山中的晶体化学，开辟了一道通向生命科学的桥梁。

自1806年Jöns Jakob Berzelius (贝采里乌斯)提出有机化学这一概念以来，有机化学已快速发展200余年。从1874年发现碳原子可以形成四个化学键到现在可以依靠观测微观分子结构来控制合成特定有机晶体，离不开所有化学家的努力。

Lahav和Leizerowitz两位教授开创的有机晶体立体化学是现代化学的一个里程碑。其将有机晶体结构与三维分子结构结合起来，解释了140多年前Louis Pasteur (路易斯·巴斯德)教授发现的同一种材料组成的两种晶体可以相互反射的现象，极大地推动了晶体化学的发展。Lia Addadi和Stephen Weiner课题组在其生物矿化的研究中大幅引用了Leiserowitz与Lahav所提出的晶体形态工程^[11]。利用该工程，他们发现了晶体在拥有β-折叠结构的酸性蛋白质的溶液中生长时，蛋白质会在晶体中具有某些特定结构的晶面发生特异性作用并改变他们的形态。同时，若将此体系延伸到生物体内，蛋白质仍可以起到相关作用。不管是体内或体外环境，其产生的现象都有着相似的立体化学特征。由此可以推断出酸性蛋白质与晶体形成之间相互作用的一般规律。

同时，生物系统基于单一手性分子组成，未来若能以此理论来精准大量合成生物体内所必须的手性有机晶体化合物，想必可以克服当今众多的生物疑难杂症，甚至能够解释自然界如何从单一的简单化合物演变到现在的复杂生物系统，前景十分广阔。他们的研究，让我们看到了晶体化学与其他众多学科分支相结合的可能性，但若要将其理论知识转换为生活中的实际成果，我们还有很长的路要走。