A series of articles on “Technology in Medicine” - Part 13

 

Tản mạn về giải Nobel về MRI

 

Trần Trí Năng
 

 

Kỹ thuật chụp cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging hay MRI) dựa vào hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance hay NMR). Đây là một phương pháp thu h́nh ảnh dựa vào lượng nước bên trong của các cơ quan trong cơ thể con người [1]. Năm 2003, giải Nobel về lănh vực Sinh lư học hay Y khoa  (Physiology or Medicine)  được trao cho GS Paul Lauterbur và Sir Peter Mansfield về “sự khám phá liên quan đến h́nh  cộng hưởng từ /for their discoveries concerning magnetic resonance imaging”. Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điển (Swedish Academy of Sciences  hay gọi tắt ở đây là HLVKHTĐ) đă  cẩn thận trong việc chọn chữ trong bản tuyên dương công trạng (citation), bằng cách chỉ dùng thuật ngữ “medical imaging” mà không đề cập ǵ đến việc áp dụng của NMR trong MRI cho cơ thể con người. Chữ “imaging” dùng ở đây để phân biệt công tŕnh nghiên cứu của hai vị giáo sư này với những thành quả nghiên cứu khác nhằm tránh đề cập sự kiện hai vị GS này không phải là người chủ trương đưa ra  ư tưởng  áp dụng NMR trong lănh vực tạo h́nh ảnh trong y khoa . Mặc dù giải Nobel có thể phát cho đến 3 người, bác sĩ Raymond Vahan Damadian và có thể GS Herman Carr lại không có tên trong danh sách những người nhận, mặc dù BS Damadian là người tiên phong dùng NMR trong việc tạo h́nh ảnh trong y khoa và đă thực hiện h́nh ảnh 1D của cơ thể con người; có bằng sáng chế đầu tiên; lắp đặt và thành lập hăng đầu tiên chế tạo máy quét MRI (MRI scanner). Bỏ tên của Damadian ra khỏi danh sách những người được vinh danh lănh giải Nobel năm 2003 là một sự vô t́nh hay cố ư? Chúng ta phải chờ thêm 32 năm nữa mới biết rơ lư do!

Theo truyền thống, giải Nobel về khoa học và kỹ thuật dành cho những phát minh có tầm đóng góp quan trọng lớn trong sự phát triển và thịnh vượng của xă hội loài người. Trong chiều hướng này, những người phát minh sẽ nhận giải và những người hoàn thiện phát minh thành sản phẩm sẽ không được hân hạnh này. Thế nên, thường phải đợi ít nhất vài chục năm sau khi phát minh ra đời để xem ảnh hưởng của phát minh này trong xă hội và thành quả cống hiến cho nhân loại như thế nào trước khi được chọn- tức là phải qua giai đoạn “thử thách với thời gian“. Tiêu chuẩn để chọn người lănh giải Nobel càng ngày càng trở nên mơ hồ, mâu thuẫn với nhau và đôi khi trở nên có vẻ “chọn lựa tùy tiện” của các Hội Viên thuộc Hàn Lâm Viên Khoa học Thụy Điển. Họ trích dẫn công trạng đóng góp của những người lănh giải chỉ vỏn vẹn trong 21 chữ hay ít hơn để phù hợp với việc chọn lựa của họ. Trong suốt lịch sử 120 năm của giải Nobel, HLVKHTĐ đă dần dần đi lệch với đường hướng và tiêu chuẩn ban đầu của giải Nobel. Với  nhiều áp lực về chính trị, kinh tế, cá nhân, tôn giáo, thậm chí có môt số trường hợp người cải thiện kỹ thuật được lănh giải mà người phát minh lại không được, ngay cả tên cũng không được đề cập đến. Đây là đề tài đă được thảo luận trong nhiều số trước, nhưng cũng nhân cơ hội này, người viết cũng xin mạo muội góp ư thêm trong bài viết này. Trong số sau, chúng tôi sẽ viết chi tiết hơn với những dữ liệu khoa học để chứng tỏ rằng quyết định của HLVKHTĐ liên quan đến MRI không phản ảnh đúng sự thực những ǵ đă xảy ra.  

1. Sự tranh luận quanh giải  Nobel về MRI

Thực sự người đầu tiên nghĩ đến và áp dụng NMR trong việc chụp h́nh các mô cơ thể trong con người MRI  là BS Damadian [2-3]. Ngoài những nghiên cứu tiên phuông trong việc khai phát MRI, bác sĩ Damadian cũng là người có bằng sáng chế đầu tiên về MRI với  US patent  No. 3789832 được công bố vào ngày 5 tháng hai năm 1974 và chế tạo máy quét MRI (scanner) đầu tiên đặt tên là “Indomitable” vào năm 1977. Hiện tại máy này được giữ tại Smithsonian Instution, Washington  D.C. Damadian cũng đă thiết lập FONAR, hăng đầu tiên sản xuất máy chụp MRI vào năm 1977.

GS Lauterbur và GS Sir Mansfield đă thành công trong việc khám phá kỹ thuật tạo h́nh 2D và 3D với khả năng tạo h́nh thiết thực trong việc tầm soát và chẩn đoán lâm sàng. HLVKHTĐ cho rằng Paul Lauterbur và Mansfield  đă thành công trong việc tạo h́nh 2D và 3D và điều này đă mang lại những ứng dụng thiết thực của MRI trong y khoa. Lauterbur đă dùng ṿng xoắn tạo građiên (coil gradient) [4] trong máy quét MRI; và Sir Peter Mansfield đă dùng phương pháp toán học để tái tạo h́nh ảnh cho phép quá tŕnh quét (scanning)  chỉ mất vài giây thay v́ hàng giờ để tạo h́nh ảnh rơ hơn như trong trường hợp h́nh ảnh Lauterbur đă đạt được. Với phương pháp toán học này, MRI trở nên thích hợp với công tác chẩn đoán trong  môi trường bệnh viện và thương mại hóa sản phẩm. Mansfield dùng thuật toán Fast Fourier Transform phân ly tín hiệu MRI  thành một tổng số h́nh sin với những tần số, pha và biên độ khác nhau [5]. Xin ghi chú ở đây là Lauterbur dùng cấu trúc h́nh xoắn tạo gradient mà GS Herman Carr đă dùng để tạo h́nh 2D  dựa vào nguyên lư NMR trong luận văn PhD của ông ở Harvard nhiều năm trước đó [6,7]. Cũng nên biết rằng đóng góp chính nhất của Lauterbur vào sự h́nh thành của  MRI là việc thực  hiện h́nh 2D bằng cách dùng ṿng xoắn tạo gradient.  Mặc dù những nhà nghiên cứu đă dùng NMR spectroscopy để phân tích những hợp chất hóa học trong nhiều thập niên qua, có rất ít nghiên cứu về ứng dụng của NMR trong lănh vực sinh học và hoàn toàn không có nghiên cứu ǵ liên quan đến h́nh ảnh y tế (medical imaging).

BS Damadian đă khám phá ra sự khác nhau của T1 và T2 giữa mô  b́nh thường và mô có ác tính; điều này giúp ông thực hiện việc tầm soát h́nh ảnh liên quan đến bệnh ung thư, một kỹ thuật vẫn c̣n dùng trong các máy MRI ngày nay. Ông đă chụp h́nh ảnh các bộ phận trong toàn cơ thể con người [8].  

Đóng góp của Lauterbur, Mansfield  và Damadian trong lănh vực MRI đă được cộng đồng khoa học công nhận với nhiều giải thưởng có giá trị.  Riêng tại Mỹ, cả hai ông Lauterbur và Damadian đều được giải  “National Medal of Technology” do tổng thống Reagan trao vào năm 1988. Riêng Damadian, ông được vinh  danh được để tên  trong “The United States National Inventors Hall of Fame” bởi tổng thống George H.W. Bush vào năm 1989- 14 năm trước khi giải Nobel được trao cho hai ông Lauterbur và Mansfield!

Môt số người cho rằng lư do chính Damadian không được chọn v́ một số người có thẩm quyền quyết định trong HLVKHTĐ  không thích cá tính của Damadian; ông lại không phải là người trong giới giáo chức, học viện hay nghiên cứu và ông đă “lobby” nhiều về giải Nobel về thành quả nghiên cứu của ḿnh. Thêm vào đó, quan điểm không tin vào thuyết tiến hóa luận (evolution) và sự ủng hộ triệt để của ông đối với quan điểm của nhóm thần học Young Earth Creationism [9] đă làm cho một số người trong cộng đồng khoa học tránh xa ông. Vấn đề làm cho việc chọn lựa càng trở nên khó khăn hơn là sự tranh chấp có tính cách cá nhân giữa Damadian và Lauterbur trong  nhiều năm và càng lúc càng quyết liệt hơn; điều này làm cho một số người trong cộng đồng khoa học lo sợ là HLVKHTĐ có lẽ sẽ không bao giờ trao giải Nobel về lănh vực MRI. Có lần Lauterbur tuyên bố rằng ông sẽ không nhận giải Nobel nếu Damadian có tên trong danh sách người nhận!  Có lẽ đây cũng là một điều (mặc dù chỉ là suy đoán của người viết!) đă mất HLVKHTĐ một thời gian khá lâu để quyết định và sau cùng không thể chờ đợi lâu hơn nữa v́ Lauterbur lúc đó đă 74 tuổi và t́nh trạng sức khỏe lại không tốt [10].

Sự tranh căi về vai tṛ của Damadian, Lauterbur trong việc phát triển máy MRI cứ tiếp tục ngay cả nhiều năm sau khi HLVKHTĐ trao giải Nobel cho GS Lauterbur và GS Mansfield. Damadian cho rằng giải Nobel phải trao cho ông trước rồi sau đó đến Lauterbur; trong khi đó Lauterbur chủ trương  rằng chỉ có ông là người có công trạng nhiều nhất trong phát minh này. TS Nicolaas Bloembergen, người đoạt giải Nobel Vật Lư vào năm 1981 đă có ư kiến như sau: “Bước quan trọng thứ hai (second important step) của TS Lauterbur là  kết hợp kết quả Damadian đạt được và phương pháp xử lư dữ liệu nhanh của kỹ thuật chụp cắt lát vi tính CT. Kỹ thuật CT này  do GS Hounsfield và GS Cormack triển khai và hai người đă được trao giải Nobel về kỹ thuật này. Theo ư kiến của tôi, góp phần của BS Raymond Damadian cũng quan trọng và đáng kể không kém ǵ bước thứ hai của TS Lauterbur[11].

Một nhóm chuyên gia có tên là “The Friends of Raymond Damadian” do Damadian thành lập đă đăng một tờ quảng cáo toàn trang phản đối quyết định của HLVKHTĐ trên báo  New York Times (hai lần), The Washington Post, The Los Angeles Times và nhiều tờ báo ở ngoại quốc với tiêu đề ” The Shameful Wrong That Must Be Righted”. Mục đích chính của những trang  quảng cáo này là làm cho những hội viên có quyền thẩm định trong HLVKHTĐ đổi ư và đề tên của Damadian trong danh sách những người lănh giải. [12,13]. Nhưng thực tế mà nói, những cố gắng này chỉ có tính cách h́nh thức mà thôi v́ hầu hết mọi người trong cộng đồng khoa học đều biết rằng một khi đă quyết định rồi, HLVKHTĐ sẽ không bao giờ thay đổi! 

2. Vài nét về GS Paul Lauterbur, Sir Peter Mansfield và TS Raymond Damadian 

H́nh 1. GS Christian Lauterbur và Sir Peter Mansfield (Google Images)

Paul Christian Lauterbur (6 tháng 5 năm 1929– 27 tháng3 năm 2007) (H́nh 1, bên trái) được sinh ra ở Sidney, Ohio. Nhận BS ở Case Western University và PhD từ University of Pittsburgh. Giảng dạy ở Stony Brook University (hay The State  University of New York at Stony Brook)  từ 1963 đến 1985, nơi ông nghiên cứu và triển khai MRI. Sau đó GS Lauterbur về dạy tại University of Illinois at Urbana-Champaign cho đến khi mất [14].

Peter Mansfield (9 tháng10 năm1933- 8 tháng 2 năm 2017 ) (H́nh 1, bên phải) được sinh ra ở London, Anh Quốc. Ông nhận BSc (1959) và PhD (1962) từ Queen Mary’s. Luận văn PhD của ông liên quan đến việc lắp ráp một máy NMR dùng để nghiên cứu hệ polymer rắn (solid polymer systems). Ông dạy ở Nottingham University sau hai năm làm postdoc ở University of Illinois at Urbana-Champaign. Sir Mansfield  triển khai echo-planar imaging,  một phương pháp tái tạo (reconstruction) toán học giúp thời gian thu nhập h́nh ảnh T2 rất nhiều lần nhanh hơn hệ thống của GS Lauterbur. Ông cũng góp phần trong việc phát triển fMRI [15].

 

 

H́nh 2. TS Raymond Damadian và GS Herman Carr (Google Images)

Raymond Vahan Damadian (16 tháng 3 năm 1936- ) (H́nh 2, bên trái) được sinh ra tại New York City vào ngày 16 tháng ba, 1936. Nhận BS về toán, University of Wisconsin-Madison năm 1956 và MD từ Albert Einstein Collge of Medicine năm 1960. Ông nghiên cứu về MRI và lập hăng Fonar để chế tạo máy chụp MRI vào năm 1978 [16].

Herman Y. Carr (28 tháng 11 năm 1924- 9 tháng 4 năm 2008) (H́nh 2, bên phải) được sinh ra ở Alliance, Ohio. Trở về sau thời gian phục vụ trong Thế Giới Đại Chiến Lần Thứ Hai, ông nhận học bổng đến học ở Harvard University, nơi ông tốt nghiệp về ngành vật lư năm 1948; và nhận MS và PhD ở cùng trường lần lượt vào năm 1949 và 1953. TS Carr dạy và nghiên cứu MRI  ở Rutgers University cho đến khi ông mất [17].

3. Tản mạn về giải Nobel

3.1 Vài nét tổng quát về giải Nobel

Mỗi năm giải Nobel được trao cho những nhân vật đă có những đóng góp quan trọng trong sáu lănh vực: vật lư, hóa học, y khoa, văn chương, ḥa b́nh và kinh tế. Ngoại trừ giải Nobel về kinh tế (economic sciences), những giải khác đều đă được đề cập trong di chúc của Afred Nobel; trong đó Nobel vật l‎ư là giải thưởng ông đề cập trước tiên vào năm 1895. Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điển (The Royal Swedish Acedemy of Sciences) trao giải Nobel vật lư, hóa học và kinh tế; Hội đồng Nobel (Nobel Assembly) của Karolinska Institute và Hàn Lâm Viện Thụy Điển (Swedish Academy) theo thứ tự phụ trách giải Nobel y khoa & sinh học (physiology & medicine) và giải văn chương. Trong khi đó giải Nobel ḥa b́nh th́ do một hội đồng đề cử bởi Quốc hội Na-uy (Storting) đảm nhiệm [18]. Nhiệm kỳ của hội viên trong hội đồng thẩm định giải Nobel ḥa b́nh là 6 năm và có thể tái cử. V́ là quốc hội chỉ định, nên thành phần hội viên thường phải phản ứng khuynh hướng chính trị chung của các đảng phái trong Storting ở thời điểm giải thưởng được chọn lựa! Đây cũng là lư do mà trong số những giải Nobel, giải thưởng bị nhiễm nhiều màu sắc chính trị nhất là giải Nobel ḥa b́nh. 

3.2 Lịch sử giải Nobel nhan nhản với nhiều sự tranh cải

Trong loạt bài viết về “Nobel Prizes in Science and Technology” trước đây, người viết đă tŕnh bày những khó khăn HLVKHTĐ đă gặp phải trong quá tŕnh chọn người lănh giải trong suốt lịch sử 120 năm của giải Nobel. Người Mỹ có câu nói”Không phải tất cả những ǵ sáng rực rỡ đều là vàng/ All that glitters is not gold”. Giải thưởng Nobel cũng không nằm ngoại lệ! Theo thiển ư của người viết, giải thưởng Nobel về khoa học và kỹ thuật là kết quả của một sự tổng hợp gồm có sự làm việc cần cù, khả năng chuyên môn, niềm tin vào công việc, đề tài và môi trường nghiên cứu,thời điểm được chọn, ” lobby”, sự may mắn, người quen biết và thời cơ (bôn ba chẳng qua thời vận!). “Lobby” ở đây bao gồm những dịch vụ như hổ trợ tài chánh, tài trợ nghiên cứu, thăng quan tiến chức cho những hội viên có quyền quyết định, những trợ tá trong Tổ chức tài trợ giải Nobel (Nobel Foundation), những người đề cử và công tác tuyên truyền và quảng bá thành tích nghiên cứu của cá nhân. Đôi khi, hiệu quả của công tác “lobby” c̣n lấn áp ngay cả công tŕnh đóng góp của cá nhân người lănh giải! Cũng có trường hợp, tên của người đáng nhận giải lại không được đề cập!

Điều này đă được gian tiếp xác nhận bởi GS Ulf Lagerkvist (1926-2010), hội viên của HLVKHTD và cũng là hội viện của Hội Đồng Thẩm Định  và Tuyển Chọn người lănh giải Nobel về Hóa học. Ông đă phát biểu như sau: “Bản chất của Giải Nobel là luôn luôn có một số ứng viên rơ ràng đáng được nhận giải nhưng không bao giờ được tuyên dương nhận giải. Dĩ nhiên để tránh vấn đề này không cho xảy ra là một công tác không thể khả thi mà Hàn Lâm Viên đă phải đối đầu hơn một thế kỷ nay. Sau tất cả những ǵ đă xảy ra, có thể  người ta cho rằng là Hàn Lâm Viện đă làm công tác khá tốt. Mặc dù thế có những thiếu sót đáng tiếc và điều làm bất măn nhiều người nhất là trường hợp của Dimitri Mendeleev. Thật đáng tiếc là tên của ông không nằm trong danh sách những người được vinh danh nhận giải Nobel. Nếu có tên ông, điều chắc chắn là uy danh của Giải Nobel và Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điển sẽ gia tăng”.

(It is in the nature of the  Nobel Prize that there will always be a number of candidates who obviously deserve to be rewarded but never get the accolade. Of course it is an impossible task that the Academy has struggled with for more than a century. May be one can claim that it has done a fairly good job after all. Nevertheless there have been unfortunate sins of omission and the most outrageous is that committed against Dmitri Mendeleev. It is indeed a pity that his name does not appear in the distinguished list of laureates. It would certainly have added to both the prestige of the Nobel Prize and the Royal Swedish Academy of Sciences) [19] 

 3.3. Những người đáng nhận giải lại không có tên trong danh sách người nhận

Khi nói về những người không nhận được giải Nobel, trường họp của Mohatmas Ghandi về giải ḥa b́nh và của bác sĩ Oswald Avery về DNA thường được nhắc đến! Ông Ghandi được đề cử bốn lần vào năm 1937, 1938, 1939, 1947, và lần đề cử cuối cùng xảy ra vài ngày trước khi ông bị ám sát vào tháng giêng 1948. Về trường hợp của BS Avery, Avery là người tiên phong về lănh vực DNA với “transforming principle” biểu hiện bản chất tế bào trong việc di truyền. Bài báo của ông ngày 1 tháng 2, 1944 tiết lộ chứng cớ hùng hồn đầu tiên là chính DNA (chớ không phải proteins) cưu mang genetic information. Đây là một tin “bất ngờ” đối với cộng đồng khoa học lúc bấy giờ v́ hầu hết mọi người tin tưởng rằng proteins đóng vai tṛ này! Ông được đề cử 38 lần đến HLVKHTD trong khoảng thời gian 1930-1950, nhưng lần nào cũng không được may mắn; một phần v́ nhiều người trong cộng đồng vi sinh học và vài người trong Ban  Thẩm Định của HLVKHTĐ không chấp nhận điều ông t́m được.  V́ ông đă đi trước thời gian!

Trong phần này, người viết chỉ tŕnh bày vài trường hợp tiêu biểu liên quan đến lănh vực nghiên cứu vật lư và hóa học:   

 Ông Dmitri Mendeleev

Ông bị từ chối giải Nobel 1905 và 1906 về Bảng Tuần Hoàn nguyên tố (Periodic Table)- the Rosetta Stone trong lănh vực hóa học. Ông bị loại ra khỏi danh sách v́ một thành viên trong Hội Đồng Thẩm Định không thích và không đồng ư với Bảng Tuần Hoàn của ông. Sự kiện này đă làm suy giảm một phần uy tín của giải Nobel!

Ông Mendeleev sinh vào năm 1834 tại Siberia, Nga.  Sau khi tốt nghiệp thạc sĩ về ngành giáo dục, ông được gửi đi du học ở Heidelberg, Đức. Ông dạy ở Đại học St. Petersburg từ năm 1861- 1890.  Mendeleev phát biểu bảng tuần hoàn vào ngày 6 tháng 3, năm 1869. Ông xác định rằng "Các nguyên tố, nếu được sắp xếp theo trọng lượng nguyên tử của chúng, sẽ thể hiện các thuộc tính tuần hoàn một cách rơ ràng". Mendeleev chia Bảng Tuần Hoàn dựa theo cột (gọi là groups) và hàng (gọi là periods). Các nguyên tố nằm trong cùng cột hay groups có cùng tính chất; trong khi đó các nguyên tố trong cùng hàng hay periods tạo một nhóm lập lại dựa vào đặc tính giống nhau. Định luật trong Bảng Tuần Hoàn này giúp các nhà khoa học khám phá những nguyên tố mới trong tương lai. Điển h́nh là chất gallium và germanium được thêm vào bảng tuần hoàn vào năm 1875 và 1886. Sự khác biệt thực sự duy nhất giữa Bảng Tuần Hoàn của ông lúc bấy giờ và Bảng Tuần Hoàn mà chúng ta xử dụng hiện nay là Bảng Tuần Hoàn của Mendeleev sắp xếp các nguyên tố theo sự gia tăng của khối lượng nguyên tử, trong khi Bảng Tuần Hoàn hiện tại được sắp xếp dựa theo cơ cấu h́nh điện tử của các nguyên tố, c̣n được gọi là  số nguyên tử.

Bảng Tuần Hoàn đầu tiên của Mendeleev có 66 nguyên tố. Đến năm 1900, 30 nguyên tố khác được các nhà khoa học thêm vào danh sách. Bảng Tuần Hoàn của Mendeleev đă được bổ sung với nhiều nguyên tố mới, trong đó có cả những nguyên tố được tổng hợp nhân tạo. Đến đầu năm 2019, đă có 118 nguyên tố hóa học có tên trong Bảng Tuần Hoàn. 

GS Nick Holonyak Jr.

 GS Shuji Nakamura, GS Isamu Akasaki và GS Hiroshi Amano  ba người lănh giải. giải Nobel vật lư năm 2014 về đèn LED với tuyên dương (citation): “for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources.”. Trong bản tuyên dương này Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điển đă thêm vào một câu tḥng “…which has enabled bright and energy-saving white light sources.” (V́ nếu không có câu này th́ giải Nobel 2004 về LED sẽ phải dành cho GS. Nick Holonyak Jr và TS Herb Maruska!) . Chẳng những không được chọn, HLVKHTĐ

cũng đă không “đá động” ǵ đến  tên của hai nhà khoa học này trong danh sách những người đă góp phần đáng kể trong lănh vực đèn LED. Sự kiện này không phải xảy ra t́nh cờ v́ GS Nick Holonyak Jr. đă được đề cử vài lần trước đó và là người phát minh ra đèn LED vào năm 1962 và nhiều sản phẩm LED’s sau này- ông c̣n có cái tên là “cha đẻ của đèn LEDs!) . Nói về TS Herb Maruska, ông là người đă thí nghiệm thành công về đèn blue LED đầu tiên trên thế giới vào năm 1972. Trường hợp của GS Nakamura về góp phần vào việc triển khai và sản phẩm hóa “bright and energy-saving white light sources” th́ không ai có thể chối cải được! Tuy nhiên, GS  Akasaki và GS Amano về phát minh P-type GaN (làm việc chế tạo blue LED có thể thực hiện được!) th́ không hoàn toàn chính xác v́ trước khi hai GS nghiên cứu đề tài này, Manuska đă báo cáo về sự thành công trong việc tạo P-type GaN và đèn LED màu xanh blue vào năm 1972 khi ông c̣n làm việc ở RCA [20-21]. Akasaki và Amano cũng có thăm viếng pḥng nghiên cứu của Manuska và có xem đèn blue LED này! GS Nick Holonyak Jr. của University of Illinois at Urbana -Champaign (UIUC) phát minh đèn LED với ánh sáng nh́n thấy (màu đỏ) lần đầu tiên vào năm 1962 khi ông làm việc ở General Electric, Syracuse, New York. Kỹ thuật về LEDs tiếp tục cải tiến và nhiều năm sau GE chế tạo đèn LED có công xuất 100 W – tương đương với đèn incandescent light bulb- và tiêu thụ khoảng 2/3 năng lượng ít hơn. Sau đó, Holonyak rời GE về dạy UIUC và tiếp tục nghiên cứu về đèn LEDs. Có nhiều người cùng nghiên cứu chung với ông ở UIUC đáng kể nhất là Cradford, mở đầu cho một số sản phẩm LEDs màu cam, đỏ và xanh với độ sáng cao (chỉ thiếu màu xanh blue thôi!). Sau khi rời UIUC, Cradford tiếp tục nghiên cứu ở Monsanto và chế tạo sản phẩm LED đầu tiên trên thị trường. Một thời gian sau, Cradford đổi sang làm việc ở Hewlett- Packard (HP). Vào năm 1987, AlGaAs LEDs sản xuất bởi HP đủ sáng để thay thế bóng đèn dùng trong thắng xe hơi và những áp dụng khác như đng hồ, tín hiệu giao thông và hiển thị điện tử (electronic displays). Đèn LEDs dựa trên AlInGaP chế tạo vào năm 1990 cung cấp độ sáng gấp đôi AlGaAs. HP cũng đă thành công với GaP, đầu tiên là bright green LEDs vào năm 1993, và một năm sau đó với reddish – orange AlInGaP LEDs .  

TS Mike Francis Tompsett

Năm 2009, Hàn Lâm Viện Khoa Học Thụy Điễn đă trao Giải thưởng Nobel về Vật l‎ư  cho TS Willard S. Boyle và TS George E Smith của Bell Labs. Việc chọn lựa này lại càng mâu thuẩn hơn v́ khái niệm về CCD (charged coupled device)  mà hai vị này đề cử thuộc về memory CCD và không liên quan trực tiếp đến imaging CCD. Đây không hẵn là một phát minh về khoa học v́ những khái niệm căn bản góp phần vào cấu trúc CCD của hai ông  đều được biết trong cộng đồng khoa học vào thời cuối thập niên 60’s. Trong khi đó, Mike Tompsett (cũng ở Bell Labs), người đă chế tạo imaging CCD từ concept đến prototype th́ không được thừa nhận và tên cũng không được đề cập đến. Câu hỏi được đặt ra ở đây là: (i) có thực sư Boyle và Smith phát minh ra imaging CCD và (ii) tuyên dương “for the invention of an imaging semiconductor circuit- the CCD sensor”của HLCKHTĐ có thích hợp và chính xác hay không?  

(i) Có thực sư Boyle và Smith phát minh ra imaging CCD?

Cơ cấu chính của CCD là bộ ghi dịch dựa trên mạch tích hợp tuyến tính silíc (silicon IC linear shift register) để di chuyển tín hiệu hay thông tin; và khái niệm này đă được biết trong cộng đồng khoa học vào thời điểm đó. Nhóm của Gordon của Bell Labs (nơi Boyle và Smith làm việc lúc đó và là “home” của  magnetic bubble memory) phụ trách về ống ghi h́nh mục tiêu dựa trên silíc (silicon target vidicon) lúc đó muốn áp dụng khái niệm này cho những ứng dụng liên quan đến hiển thị (displays). Theo Gordon, ngay cả trước khi Smith đến gặp Boyle, sau một buổi họp của nhóm displays do Gordon chủ tŕ, Gordon đă đề cập với Smith khái niệm mà ông đang suy nghĩ về dùng silicon linear shift register trong ứng dụng hiển thị để Smith hiểu rơ hơn và đề nghị Smith tính toán các dữ liệu dựa vào lư luận đang có. Thậm chí, Gordon c̣n đưa cho Smith một bài báo cáo của nhóm nghiên cứu ở Burroughs dùng khái niệm tương tự với shift register. Bài báo cáo của Burroughs tŕnh bày dùng bộ shift register để di chuyển điểm ánh sáng dựa trên khái niệm three-phase clock. Khi kết nối khái niệm này với điều mà nhóm Gordon đă theo dơi và nghiên cứu được trong việc khai phát video camera target dựa trên silíc điốt, khả năng “nhảy vọt” từ khái niệm của Burroughs đến khái niệm về imaging CCD trở nên một tiến tŕnh hợp lư đối với những người nghiên cứu cùng ngành, nhất là ở trong hoàn cảnh thuận lợi của Bell Labs lúc bấy giờ. Gordon phát biểu như sau: ” chúng tôi đă biết cách tích trữ điện tích trong khoảng không gian nằm giữa lớp oxide và phần rỗng không trong tấm nền silíc, nơi mà điện tích tích trữ có thể di động khoảng vài centi-mét.” Rồi Gordon tiếp tục: “ việc cần làm là áp đạt điện áp theo dạng thức “phase clock” để chuyển di điện tích.” Tompsett cũng có xác nhận điều này là có thấy bài báo cáo về three-phase shift register của nhóm Burroughs mà Gordon đề cập trên bàn làm việc của Smith. Thêm vào đó patent quan trọng của Boyle và Smith có tựa đề là “ Charge coupled memory with storage sites” US 3654499 A mà HLVKHTĐ căn cứ để trao giải Nobel chỉ nói về memory CCD và không đề cập ǵ đến imaging CCD!

 (ii) Citation của Hàn Lâm Viện Thụy Điễn có thích hợp hay không?

Câu trả lời là “Không”. Người phát minh và làm ra imaging CCD là Mike Tompsett. 

Bằng phát minh “Charge transfer imaging devices” US 4085456 A của Tompsett đă cắt nghĩa rơ ràng về imaging CCD. Điều mới lạ là Mike Tompsett đă t́m cách thực hiện “area imaging device” dựa vào linear CCD registers. V́ thế, nếu theo kết quả thí nghiệm của Tompsett và dựa theo patent US US 4085456A, và những bài báo cáo khoa học của Tompsett th́ Tompsett mới đúng ra là người xứng đáng để lănh giăi Nobel v́ ông chính là người đầu tiên đă triển khai và phát minh và chế tạo thành công imaging CCD. Trong patent US 4085456 với Tompsett là người phát minh độc nhất, Tompsett dùng khái niệm frame transfer trong việc thực hiện việc chuyển tải điện tích trong imaging devices. Ư tưởng này đă giải quyết vấn đề trong việc dùng CCD as an imager nhất là area imager: CCD tiếp tục cảm biến ánh sáng và thu nhặt điện tích ngay cả trong lúc tín hiệu từ các hàng điểm ảnh (pixels) được đọc ra (read out) dùng phương pháp chuyển tải điện tích (charge transfer). Tompsett t́m ra phương án để chuyển tải điện tích nhanh hơn bằng cách chuyển tải điện tích thu nhận được đến một vùng CCD ẩn (hidden CCD). Tín hiệu từ pixels  của vùng CCD ẩn (hidden CCD) được đọc ra, trong khi CCD tiếp tục phơi sáng để tiếp nhận và thu thập điện tích từ những quang tử mới. Điện tích được  chuyển di từ trên đi xuống dọc theo từng cột (columns) từ hàng (rows) này sang hàng kế tiếp cho đến khi được đọc ra từ shift registers nằm ở phía dưới của con chip. Với phương thức và cấu trúc này, có nghĩa là CCD sẽ phơi sáng, rồi đóng lại với màn chắn sáng, chuyển di điện tích , rồi mở màn chắn sáng  để phô bày con chip ra ánh sáng trở lại. Có nghĩa là cứ hai khung (frame) có một khung dùng để chuyển di điện tích và v́ thế thời gian đọc tín hiệu sẽ dài hơn. Để giải quyết vấn đề này, Tompsett tăng gấp đôi kích cỡ của bộ cảm ảnh (image sensor). Có nghĩa là một khung (frame) của bộ cảm biến quang sẽ phơi sáng, rồi khung phơi sáng kế tiếp sẽ dùng trong khi điện tích  di chuyển. Tóm lại, Tompsett là người đầu tiên phát minh, triển khai và chế tạo thành công CCD imager. Chẳng những ông có bằng sáng chế đầu tiên về image CCD mà c̣n đăng báo, phát biểu ở hội nghị khoa học và nhất là thực hiện  thành công image CCD. Ngay cả Boyle (một trong hai người lănh giải Nobel) cũng đă công nhận điều này!  

Với sự phản đối của nhiều người trong cộng đồng khoa học nhất là Gordon và Tompsett, HLVKHTĐ sau này đă sửa đổi citation như sau:  'The motivation for the invention of an imaging semiconductor circuit-- the CCD sensorbằng cách thêm vào chữ “motivation” để phản ảnh một phần nào trung thực hơn. Khách quan mà nói, phần chính trong bản tuyên dương “for the invention of an imaging semiconductor circuit- the CCD sensor” nằm ngay trong bằng sáng chế US4085456A của Tompsett [22-23]. 

GS Lise Meitner

GS Lise Meitner, “người mẹ của năng lượng hạt nhân”, không được nhận giải Nobel hóa học về “Nucler fission-phân hạch nguyên tử” năm 1944 trong khi đó giải thường này lại trao cho GS Otto Haln (người công tác với bà) [24]. Lư do bà là người Áo gốc Do Thái và lúc đó Hitler muốn promote tŕnh độ khoa học của Đức. Một điểm thú vị nữa là TS Enrico Fermi cũng nhận giải Nobel Vật lư 1938 về một phát minh tương tự mặc dù ông đă cắt nghĩa sai về cơ cấu của sự phân hạch.

Vào ngày 19 tháng 12,1938 GS Meitner nhận được một lá thư từ GS Otto Hahn cho biết kết quả thí nghiệm của ông và và người trợ tá của ông – Fritz Strassmann, về việc bắn phá hạch của urani (uranium) với nơtron cho ra bari (barium). TS Hahn cho rằng đây là “sự vỡ tung của hạch nhân”, nhưng không chắc chắn về cơ cấu vật lư của hiện tượng này. Bari có khối lượng nguyên tử 40% ít hơn uranium và không có thí nghiệm nào trong quá khứ về phân ră phóng xạ có thể cắt nghĩa được nguyên nhân của sự khác nhau quá lớn về khối lượng của hạch trong phản ứng này. Làm thế nào hạch urani có thể bị “vỡ vụn” thành bari? Một thời gian ngắn sau, dựa vào lư thuyết của Niels Bohr, GS Meitner có thể cắt nghĩa thành công cấu trúc của nguyên tử urani phản ứng với bari và đưa ra kết luận rằng nơtron chậm của nguyên tử bari phản ứng với hạch của urani, gây ra sư sự phân hạch. Kết luận của bà căn cứ trên dữ kiện là trọng lượng của vật chất mới tạo ra cân nhẹ hơn tổng số trọng lương của những vật chất đầu vào, và một lượng năng lượng khổng lồ được phát sinh. Trong phản ứng này, hạt nhân của nguyên tử bị chẻ tách ra thành những hạt nhân nhỏ hơn. Quá tŕnh phân hạch này này cho ra nơtron tự do và gamma quang tử và kết quả là một lượng năng lượng rất lớn phát ra. Phân hạch là một h́nh thức chuyển hóa hay biến đổi hạt nhân (nuclear transmutation) bởi v́ những mảnh sinh ra không có cùng những phần tử như nguyên tử ban đầu. Hai hạt nhân sinh ra có những tầm cở có phần hơi khác nhau, với tỉ số khối lượng (mass ratio) điển h́nh khoảng 2 đến 3 dối với những đồng vị phân hạch thông thường. Những phân hạch này hầu hết là nhị phân (binary fissions), có nghĩa là biến thành hai mảnh tích điện. Sự kiện này xảy ra do phản ứng dây chuyền nguyên tử. Sự phân hạch nguyên tử sản xuất năng lượng rất lớn dựa vào phương tŕnh của Einstein E= mc2. Với sự kiện này, Meitner và Robert Frisch đă chứng minh cơ cấu của phản ứng đầu tiên về sự phân hạch urani (uranium fission) dùng để cung cấp điện và trong vũ khí nguyên tử. Điều này đối nghịch hoàn toàn với kết luận của GS Enrico Fermi về sự tạo thành transuranic elements. Ông này lănh giải Nobel về vật lư vào năm 1938 về cơ cấu này. Fermi dùng nơtron chậm (slow neutrons) để bắn phá thori (thorium) và urani (uranium). Và ông kết luận rằng ông đă tạo ra nhiều nguyên tố siêu urani mới (new transuranic elements). Nói một cách nôm na, những nguyên tố này nặng hơn urani với số nguyên tử (atomic number) lớn hơn 92 –số nguyên tử của urani. Theo lư‎ luận của GS Fermi, uranium-238 với 92 protons với khối lượng nguyên tử trung b́nh (average atomic mass) 238 (protons + neutrons) có nhiều nhất trong thiên nhiên (99.3%); kế tiếp theo là Uranium- 235 (0.7%). Những nguyên tố có số protons lớn hơn 92- một nhóm nguyên tố siêu urani không ổn định ; và v́ thế có thể phân ră thành những nguyên tố nhỏ. Fermi cũng cho rằng dựa theo lư thuyết, sự bắn phá urani với nơtron chậm có thể đưa đến khả năng sinh ra nguyên tố +93 dựa vào quá tŕnh gọi là phân ră beta (β-decay). Nơtron mới này du nhập vào hạt nhân, biến thành proton, phóng ra electron và antineutrino. Kết quả cho ra uranium +1, uranium +2 hay nguyên tố với 93 hay 94 protons.  

Khi ở Columbia University, Fermi nhận được tin từ Niels Bohr mới vừa đến New York vào ngày 16 tháng giêng, 1939 cho biết sự thành công của thực nghiệm của GS Otto Hahn về việc bắn phá uranium với nơtron cho ra barium – một nguyên tố nhẹ hơn- và sự cắt nghĩa của TS Lise Meitner cho rằng đây là phân hạch nguyên tử (nuclear fission). Và bà Meitner cho rằng nguyên tố siêu urani mà Fermi kết luận đưa đến giải Nobel không phải là nguyên tố siêu urani (transuranic elements) mà là sản phẩm của phân hạch nguyên tử (fission products). Sai lầm này đă đưa đến t́nh trạng “lúng túng, khó xử” rất sâu đậm cho Fermi! Để giảm bớt phần nào t́nh trạng khó xử này, ông đă thêm lời chú về hiệu ứng phân hạch nguyên tử của Hahn-Meitner này trong bài diễn văn chấp nhận giải Nobel của ông.  

4. Kết từ

Nhà vi sinh vật Arne Tiselius, người lănh giải Nobel hóa học năm 1948 đă từng nói “Thế giới đầy rẫy những người đáng lănh giải Nobel mà không nhận được và sẽ không nhận được” (The world is full of people who should get the Nobel Prize but haven’t got it and won’t get it”. Câu nói này mới nghe có vẻ đương nhiên; nhưng nó trở thành quan trọng nói về tính chất của giải Nobel khi Tiselius lại c̣n là một thành viên của Hội Đồng Thẩm Định của HLVKHTĐ từ năm 1946 cho đến khi ông mất vào năm 1971; trong suốt thời gian  đó có bốn năm (1960- 1964), ông c̣n là giám đốc của Nobel Foundation.

Gọi là để t́m hiểu thêm về những mâu thuẩn trong giải Nobel Prize in Physiology or Medicine  về MRI vào năm 2003, trong bài viết tới, người viết sẽ xin mạo muội phân tích những diễn tiến đưa đến phát minh khoa học “rất lớn” này. 

October 1, 2021

(University of Minnesota & Ecosolar International)

........

5. Tài liệu tham khảo

[1] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Technology%20in%20Medicine-%20Part%2012-09012021.htm

[2]  R. Damadian, Science 171, 1151 (1971)

[3] "Scan and Deliver". Wall Street Journal. 2002-06-14. Retrieved 2007-08-04

[4] 6. P. C. Lauterbur, Nature 243, 190 (1973).

[54] P. Mansfield, J. Phys. C 10, 55 (1977).

[6] Carr, Herman Yaggi (1952) Free Procession Technique in Nuclear Magnetic Resonance (PhD Thesis) Cambridge, MA. Harvard University.

[7] Carr, Herman Yaggi (July 2004) Field Gradient in Early MRI Physics Today, 57 (7), 83.

[8] R. Damadian, “Apparaatus and Method for Detecting Cancer in Time” , US patent 3789832, filed March 1972, issued Feb. 5, 1974.

[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Young_Earth_creationism

Young Earth creationism (YEC) is a form of creationism which holds as a central tenet that the Earth and its lifeforms were created in their present forms by supernatural acts of a deity between approximately 6,000 and 10,000 years ago.

[10] [A] https://en.wikipedia.org/wiki/Raymond_Damadian#cite_note-nytimescontro-27

[11] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Godfre-%20Hounsfield.htm 

[12] "Woodbury, N.Y., Medical Inventor Continues Lone Quest against Nobel Committee". New York Newsday. 2003-10-21. Retrieved 2007-08-04

[13] Gelernter, David (2003-11-27). "Conduct Unbecoming". Wall Street Journal. Retrieved 2007-08-04.

[14] https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Lauterbur

https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Mansfield

[15] https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Mansfield

[16] https://en.wikipedia.org/wiki/Raymond_Damadian

[17 https://en.wikipedia.org/wiki/Herman_Carr

[18] https://www.nobelprize.org/

[19] Lagerkvist, U; Norrby,E. The Periodic Table of a Missed Nobel Prize, World Scientific Publishing Co: Singapore/Hackensack, NJ/London, 2012, p. 114

[20] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Nobel-Prizes-Part-19-Tan-man-ve-Nobel.htm

[21] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Nobel-Prizes-Part-1-2014.htm

[22] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Nobel-Prizes-Part-6-2016.htm

[23] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Nobel-Prizes-Part-5-2016.htm

[24] [http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Nobel-Prizes-Part-9-2016.htm