Luca Turin và ngành khoa học về mùi hương

Hương thơm bạn ngửi thấy, các bạn sẽ không bao giờ có thể ngửi thấy nó như thế này nữa. Hương thơm đó có tên Phía Trên Thiên Đường, bạn có thể tìm thấy nó ở bất cứ cửa hàng nào trên cả nước. Ngoại trừ ở đây nó đã được chia thành các phần nhỏ bởi Estée Lauder và người tạo ra nước hoa đó, cô Calice Becker, rất cảm ơn hai người đã làm việc này giúp tôi. Hương thơm được chia thành các đoạn liên tục và một dây cung.

Các bạn đang ngửi thấy nốt cao nhất. Và tiếp theo sẽ là nốt trung tâm xanh. Các bạn sẽ thấy ngay sau đây. Nốt đỉnh Eden( vườn địa đàng) được đặt tên theo điểm du lịch Vườn Đia Đàng ở Anh.

Nốt trung tâm xanh, có tên nốt vỏ cây Malaleuca -- nhưng không chứa bất kỳ vỏ Malaleuca nào vì cây ấy bị cấm hoàn toàn.

Và sau cùng là hương thơm hoàn chỉnh. Nào giờ các bạn đang ngửi thấy hương thơm tổng hợp của -- Tôi đã hỏi có bao nhiêu phân tử trong đó nhưng không ai trả lời được. Nên tôi đã đặt nó qua một sắc ký khí GC có trong văn phòng của tôi, và có khoảng 400 phân tử. Các bạn đang ngửi thấy vài trăm phân tử đang trôi nổi trong không khí, chạm tới mũi bạn.

Và các bạn đừng có tưởng nhầm rằng nó rất chủ quan nhé. Các bạn đều đang ngửi thấy mùi giống nhau, đúng không? Ai cũng nghĩ với mỗi người, mùi hương đem lại cảm nhận khác nhau, không ai giống ai. Không hẳn đúng lắm. Và một quá trình sản xuất nước hoa sẽ cho bạn thấy điều đó là không đúng vì nếu như thế thì nó còn gì là nghệ thuật nữa, đúng không?

Nào, trong khi mùi thơm còn vương vấn quanh các bạn, tôi xin kể về lịch sử của một ý tưởng. Tất cả mùi hương bạn đang ngửi thấy bao gồm các nguyên tử đến từ phần góc trên bên phải của bảng tuần hoàn -- một khu vực an toàn. (Tiếng cười) Nếu muốn xin được việc trong xưởng điều chế nước hoa thì các bạn không bao giờ muốn rời nó. Trong thập niên 20, một số người đã cố gắng thêm mùi hương từ hương liệu kém nhưng không thu được kết quả gì.

Đây là 5 nguyên tử từ tất cả các mùi bạn ngửi thấy trong cuộc sống, từ mùi thơm cà phê đến hương hoa. Nốt cao nhất các bạn đã ngửi lúc đầu, trong xưởng điều chế chúng tôi gọi nó là Thảo Mộc Xén -- cái tên nghe rất lạ tai -- và đây sẽ là nốt xanh, vì nó có hương thơm như mùi cỏ non mới cắt.

Đây là Cis 3 Hexanol. Tôi đã phải học hóa cấp tốc trong 3 năm qua, một khóa học hóa chương trình THPT rất tốn kém. Rượu này có 6 nguyên tử C, nên có tên hexanol (hexa = 6). Nó có một liên kết đôi và có nhóm chức OH ( rượu : alcohol) ở cuối, nên nó có chữ "ol", và đó là lý do tại sao nó có tên Cis 3 Hexanol. Nếu biết được điều này, bạn có thể gây ấn tượng với mọi người trong các buổi tiệc.

Nó có mùi thơm cỏ mới cắt. Đây là khung phân tử. Nếu phủ nguyên tử H2 lên, đó là hình ảnh của nó khi xem trên máy tính, nhưng thực ra nó trông giống thế này hơn, khi các nguyên tử có một hình cầu nhất định không thể xâm nhập -- chúng phản kháng lại.

Tại sao nó lại có mùi cỏ mới cắt chứ? Sao nó không có mùi khoai tây hay hoa violet? Có 2 giả thuyết cho điều này. Thứ nhất là: hình dạng. Và giả thuyết đó hoàn hảo khi xét đến hầu hết mọi thứ trong hệ sinh học hoạt động bởi hình dạng. Enzyme nghiền nhỏ các kháng thể, giữa một protein và bất kỳ cái gì nó đang tóm được, trong trường hợp này là một mùi. Và tôi sẽ cố gắng giải thích với các bạn khái niệm này sai ở đâu.

Giả thuyết còn lại là chúng ta ngửi thấy các rung động phân tử. Nào, đây là ý tưởng hoàn toàn điên khùng. Vào đầu thập kỷ 90, khi lần đầu tiên gặp ý tưởng đó, tôi nghĩ tiền bối của tôi, Malcolm Dyson và Bob Wright đã bỏ qua xúc giác của mình, và tôi sẽ giải thích với bạn điều đó có gì liên quan. Tuy nhiên, tôi đã dần nhận ra có thể họ đúng -- và tôi phải thuyết phục các đồng nghiệp điều đó, hiện tại tôi đang nghiên cứu nó.

Đây là phương thức hoạt động của hình dạng trong các cơ quan cảm nhận bình thường. Một phân tử đi vào protein theo kế hoạch, và nó khiến cái này xoay và di chuyển bằng cách liên kết các phần nhất định với nhau. Và lực hấp dẫn giữa phân tử và protein gây ra sự chuyển động. Đó là một ý tưởng dựa trên hình dạng.

Điều không ổn với hình dạng được tóm tắt trong slide này. Tôi mong các bạn sẽ ghi nhớ các hợp chất này. Đây là một trang trong tập ghi chép của một nhà hóa học. Ông làm việc cho một công ty hương liệu. Ông đang tạo 45 phân tử và tìm kiếm một mùi hương của gỗ đàn hương. Bởi vì gỗ đàn hương rất đắt. Và trong 45 phân tử này thì chỉ có phân tử số 4629 thực sự có mùi gỗ đàn hương. Ông đặt một dấu chấm than. Đây thực sự là một khối lượng công việc lớn. Đây là 200,000$, số tiền cả đời làm việc của một người với mức lương thấp và không có các khoản trợ cấp phúc lợi. Nên đây là một quá trình cực kỳ kém hiệu quả. Và định nghĩa của tôi về lý thuyết là nó không phải kiến thức chỉ để dạy người khác mà là công cụ tiết kiệm sức lao động. Lý thuyết giúp ta bỏ ít công sức hơn. Tôi rất thích ý tưởng đó. Hãy để tôi giải thích với bạn tại sao tôi thích nó -- một bằng chứng đơn giản sẽ nói với bạn tại sao giả thuyết hình dạng này không phù hợp.

Đây là Cis 3 Hexanol, nó có mùi cỏ mới cắt. Đây là Cis 3 Hexanethiol, có mùi trứng ung. Các bạn cũng biết rượu vodka không bao giờ có mùi trứng ung. Nếu có, bạn sẽ đặt cốc rượu xuống và chạy sang quán bar khác liền. Nói cách khác, chúng ta không bao giờ có nhóm chức O-H chúng ta không bao giờ nhầm nó với S-H, đúng không? Giống như khi bạn ngửi ethanol tinh khiết nó không bao giờ có mùi trứng ung. Ngược lại, dù ở bất kỳ nồng độ nào thì hợp chất sulphur cũng không thể có mùi giống vodka. Rất khó giải thích điều này qua nhận biết phân tử. Tôi đã cho bạn tôi xem cái này, anh ấy là một nhà vật lý học cực kỳ ghét môn sinh học, cậu ấy nói rằng, " Dễ ơt! Các chất có màu khác nhau!" (Tiếng cười)

Chúng ta phải vượt xa hơn thế một chút. Giờ tôi sẽ giải thích tại sao giả thuyết độ rung lại liên quan đến nó. Các phân tử này như bạn đã thấy vừa nãy, các viên gạch xây có mạch vữa liên kết chúng với nhau. Thực ra, các phân tử có thể rung ở một mức tần số cụ thể cho mỗi phân tử và các liên kết giữa chúng.

Đây là âm thanh của nhóm chức O-H giãn ra chuyển thành phạm vi âm thanh có thể nghe thấy. S-H -- một tần số khá khác biệt. Nào, điều này khá hay vì nó cho bạn biết rằng bạn nên tìm một sự thật cụ thể, đó là: không có gì trên thế giới này có mùi như trứng ung, ngoại trừ S-H, đúng không?

Giờ, sự thật B: không gì trên thế giới này có tần số đó ngoại trừ S-H. Hãy nhìn hình ảnh này và tượng tượng ra một bàn phím dương cầm nhé. sulfur giãn ra ở giữa bàn phím đã bị hỏng, nên không có các phím lân cận, nó không gần cái gì cả. Bạn có một mùi, một rung động độc nhất.

Nên khi bắt đầu trò chơi này tôi đã đi tìm để tự thuyết phục mình rằng có một mức độ hợp lý nào đó trong toàn bộ câu chuyện điên khùng này. Tôi đi tìm một loại phân tử có rung động đó -- dự đoán rằng nó có mùi giống sulphur. Nếu không thì toàn bộ các ý tưởng đã thất bại và tôi sẽ chuyển sang nghiên cứu những thứ khác.

Sau khi tìm kiếm tần số cao và thấp suốt mấy tháng, tôi đã phát hiện ra có một loại phân tử có tên Borane (hợp chất gồm 2 nguyên tố Bo và Hydro) có độ rung giống hệt. Tin tốt là các bạn có thể cầm nắm được Borane. Tin xấu là Borane là nhiên liệu tên lửa. Đa số các phân tử nổ ngay lập tức khi tiếp xúc với không khí, và khi gọi đến các công ty để đặt hàng, thì họ chỉ bán ít nhất là 10 tấn. (Tiếng cười) Thế nên đó không phải một thí nghiệm trong phạm vi phòng thí nghiệm và họ sẽ chẳng cho phép làm trong trường đại học đâu.

Tuy nhiên, cuối cùng tôi cũng có được Borane. Nếu đo tần số rung sẽ thấy nó giống với sulfur.

Nào, giờ nó có mùi giống sulfur chứ? Nếu lật lại tài liệu ghi chép chúng ta sẽ tìm thấy một người hiểu biết về Borane hơn ai hết đó là Alfred Stock, người đã tổng hợp chúng. Trong một bản tóm tắt khổng lồ dày 40 trang ở Đức, ông viết -- bà xã nhà tôi là người Đức và cô ấy đã dịch cho tôi -- ông viết, "ganz widerlich Geruch." "một mùi kinh dị", giống mùi trứng ung. Nên việc Borane có mùi giống sulfur đã được biết đến kể từ năm 1910 và rơi vào quên lãng cho tới năm 1997, 1998.

Nhưng con sâu bỏ rầu nồi canh: nếu chúng ta ngửi thấy các rung động phân tử, thì chúng ta hẳn phải có kính quang phổ trong mũi. Đây là một kính quang phổ trên ghế trong phòng thí nghiệm của tôi. Và đúng là nếu nhìn lên mũi của người khác các bạn sẽ không thể thấy thứ gì giống cái này. Và đây là phản đề chủ chốt của giả thuyết.

Tuyệt, chúng ta ngửi thấy các rung động. Bằng cách nào? Khi mọi người hỏi câu này họ luôn lờ đi sự thật rằng các nhà vật lý rất thông minh, không như nhà sinh vật học. (Tiếng cười) Đùa thôi à. Tôi là nhà sinh vật học mà. Một câu trêu nhạo bản thân.

Bob Jacklovich và Jonh Lamd ở công ty Ford Motor, khi hãng Ford đang dành một số tiền lớn vào nghiên cứu căn bản, họ đã phát hiện ra cách chế tạo một kính quang phổ kích cỡ nano ở bên trong. Nói cách khác, nó không cần gương, tia laser, lăng kính và các phụ kiện khác chỉ là một thiết bị nhỏ xíu. Thiết bị này sử dụng đào ngạch điện tử. Giờ tôi có thể thực hiện vũ điệu đào ngạch điện tử, nhưng thay vào đó tôi đã làm một đoạn băng thú vị hơn nhiều mô tả cách hoạt động của nó.

Các electron là các sinh vật mờ nhạt, chúng có thể nhảy qua các khe hở nhưng chỉ ở năng lượng tương tương. Nếu năng lượng không tương ứng thì các electron không thể nhảy qua. Khác với chúng ta, chúng sẽ không rơi xuống vực. Electron có thể di chuyển nếu năng lượng được hấp thụ. Nên ở đây ta có một hệ thống, trong sinh học có rất nhiều yếu tố -- một chất cho một electron và electron đó cố gắng nhảy, và chỉ khi một phân tử có độ rung phù hợp đến thì phản ứng xảy ra, đúng không? Đây là nền tảng của thiết bị mà hai kỹ sư ở Ford đã chế tạo.

Và mỗi phần của cơ chế này đều hợp lý trong sinh học. Nói cách khác, tôi đã lấy các linh kiện hoàn thiện và lắp ráp một kính quang phổ. Nếu giỏi về triết học các bạn sẽ thấy ý tưởng này rất hay ở chỗ nó cho bạn biết mũi, tai và mắt đều là các giác quan dựa vào dao động. Dĩ nhiên, nó không ảnh hưởng gì vì cũng có thể nó không ảnh hưởng. Nhưng nó có một điều chắc chắn-- (Tiếng cười) Nó hấp dẫn với những người đã đọc quá nhiều văn học Đức thế kỷ 19.

Và rồi một điều đặc biệt đã xảy ra: Tôi rời trường đại học và tham gia thế giới kinh doanh, dựa trên các ý tưởng tôi thành lập một công ty gia công các phân tử mới, ứng dụng phương pháp của mình, và giữ đúng phương châm của mình. Một trong số những việc đầu tiên xảy ra là, chúng tôi bắt đầu tìm hiểu các công ty hương liệu xem họ cần gì, bởi vì nếu có thể tính toán các mùi không cần nhà hóa học thì một chiếc máy tính có thể làm điều đó, một chiếc Mac là thích hợp nhất nếu biết lập trình đúng. Các bạn có thể thử một nghìn hoặc một vạn phân tử trong 1 tuần, rồi nói với các nhà hóa học tạo ra mùi hương theo yêu cầu. Đó là con đường trực tiếp để tạo ra mùi hương mới.

Hồi đầu chúng tôi đi gặp một số nhà sản xuất nước hoa ở Pháp -- và đó là nơi tôi ấn tượng với Charles Fleishcer -- một người trong số họ nói, 'Anh không thể làm được cumarin,'' (một hợp chất có mùi vani) ông ấy nói với tôi, "Tôi cá là anh không thể."

Giờ cumarin là một hương liệu rất phổ biến chiết xuất từ một loại đậu ở Nam Phi. Và đó là chất thơm tổng hợp cổ điển. Đó là phân tử làm nên nước hoa cho nam giới từ năm 1881.

Vấn đề là, đó là một chất gây ung thư. Chẳng ai muốn dùng nước thơm cạo râu làm từ chất gây ung thư cả. (Tiếng cười) Dù một số người bất cẩn đến thế nào nhưng họ cũng thấy thật không đáng.

Nên họ yêu cầu chúng tôi điều chế coumarin mới. Và chúng tôi bắt đầu tính toán. Và việc đầu tiên là tính toán phổ dao động của coumarin để có một bức tranh đẹp về dây của coumarin. Và sau đó dùng máy tính tìm kiếm các phân tử khác, có liên quan hoặc không liên quan có cùng dao động.

Và tôi rất tiếc phải nói rằng nó hoàn toàn là ăn may. Vì tôi nhận một cuộc gọi từ trưởng nhóm các nhà hóa học thông báo anh ấy mới tìm thấy phản ứng tuyệt vời này, kể cả hợp chất này không có mùi coumarin thì anh ấy vẫn muốn điều chế nó vì nó thật tuyệt, ý tôi muốn nói, các nhà hóa học có những suy nghĩ kỳ quặc -- một bước sinh ra hiệu suất 90% và sẽ được hợp chất tinh thể đáng yêu này. Chúng ta hãy thử xem.

Và trước tiên, hãy để tôi tính toán hợp chất liên quan tới coumarin nhưng có một hình ngũ giác phụ thêm vào phân tử. Tính toán các dao động, phổ màu tím là mới còn phổ trắng là cũ. Họ dự đoán nó sẽ có mùi coumarin. Và họ đã thành công, nó có mùi giống hệt coumarin. Đây là sản phẩm mới của chúng tôi có tên tonkene. Các bạn thấy đó, nếu là nhà khoa học các bạn có thể bán các ý tưởng của mình. Mọi người phản đối các ý tưởng: Tại sao các ý tưởng mới nên được chấp nhận? Nhưng khi đặt một lọ thủy tinh 10 gr lên bàn trước mặt các nhà sản xuất nước hoa nó có mùi giống coumarin nhưng không phải coumarin, bạn phát hiện ra điều đó trong 3 tuần, và nó khiến mọi người tập trung rất tốt, (Tiếng cười) (Vỗ tay)

Mọi người thường hỏi tôi, liệu giả thuyết của anh có được chấp nhận? Tôi trả lời, bởi ai cơ? Ý tôi là, có 3 thái độ: Anh đúng đấy tuy tôi không hiểu tại sao và cái nào là hợp lý nhất. Anh đúng đấy, tôi không quan tâm anh làm thế nào; miễn là anh mang cho tôi các phân tử là được rồi. Và: Anh nhầm rồi, tôi đảm bảo là anh đã nhầm.

Giờ chúng tôi đang làm việc với những người chỉ để ý đến kết quả mà thôi, vì đấy là thế giới thương mại mà. Và họ nói với chúng tôi rằng kể cả nếu chúng tôi lấy hú họa nhờ bói toán thì cũng không thành vấn đề. Nhưng chúng tôi không sản xuất nước hoa bằng bói toán đâu nhé. Trong 3 năm vừa qua, tôi đã có công việc mà bản thân cảm thấy là công việc tuyệt nhất quả đất, được làm việc đúng sở thích đó là, hương thơm và những thứ tuyệt vời khác -- cộng thêm một chút lý sinh, một chút kiến thức hóa học tự học liên quan đến những thứ thực sự hữu ích.

Xin cảm ơn. (Vỗ tay)