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    4月15日下午，由中國(guó)科學(xué)院研究生院“百人學(xué)者論壇”主辦的“國(guó)際化學(xué)年”科學(xué)系列講座第三場(chǎng)報(bào)告會(huì)在研究生院玉泉路校區(qū)舉行。來(lái)自清華大學(xué)化學(xué)系張希院士以“超雙親分子與可控自組裝”為題，結(jié)合他的研究經(jīng)歷和實(shí)驗(yàn)室研究近況，向同學(xué)們深入淺出地講解了超雙親分子的結(jié)構(gòu)和可控自組裝的研究進(jìn)展。來(lái)自國(guó)家納米中心的蔣興宇研究員主持了這次報(bào)告會(huì)，“百人學(xué)者論壇”理事長(zhǎng)宋衛(wèi)國(guó)研究員在報(bào)告會(huì)前向張希院士贈(zèng)送了“百人學(xué)者論壇”的紀(jì)念杯。

 

 

    “大家知道，化學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)都是圍繞分子層次展開(kāi)的，人類創(chuàng)造了近五千萬(wàn)的化合物。不少是有用的材料和藥物，極大改變?nèi)祟惖纳睢！睆埾Ｔ菏恳源俗鳛閳?bào)告的開(kāi)頭，“但隨著分子化學(xué)的高速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)許多新穎的現(xiàn)象不僅與單個(gè)分子有關(guān)，而且還與分子有序、有層次的聚集有關(guān)，這使化學(xué)從分子層次向超分子層次發(fā)展。”

    在簡(jiǎn)單地介紹了超分子化學(xué)研究產(chǎn)生的背景后，張希院士向同學(xué)們提出一個(gè)問(wèn)題：“肥皂為什么能夠洗干凈手和臉？哪位同學(xué)給我們講一講。”在他的鼓勵(lì)下，一位男同學(xué)站起來(lái)說(shuō)出了自己的觀點(diǎn)。“這位同學(xué)說(shuō)的非常好。因?yàn)槲镆灶惥郏瑑捎H分子放到水中時(shí)，疏水的要在一起，親水的在外頭與水接觸。換成化學(xué)語(yǔ)言，叫疏水相互作用。所以雙親分子會(huì)形成超分子體系。最典型的就是膠束。”他用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言把一個(gè)化學(xué)概念形象地表達(dá)出來(lái)。對(duì)于超分子體系，他認(rèn)為這是由大量分子聚集形成的，如由疏水效應(yīng)形成的膠束，或者說(shuō)熵效應(yīng)。提到了熵，張希院士又提出了第二個(gè)問(wèn)題：“雙親分子放到水中自發(fā)形成了膠束，形成一個(gè)有序的結(jié)構(gòu)。那它與熱力學(xué)第二定律是不是有矛盾的呢？”同學(xué)們都陷入思考中。

    當(dāng)有同學(xué)提出這是由于整個(gè)體系的表面能減少因而水中的雙親分子會(huì)有序組裝而并不違反熱力學(xué)第二定律時(shí)，張希院士又問(wèn)道：“為什么表面能會(huì)減少呢？”這種一問(wèn)一答再問(wèn)再答的互動(dòng)方式，讓會(huì)場(chǎng)的氣氛頓時(shí)變得輕松起來(lái)。“我們要計(jì)算整個(gè)體系的熵的變化，”張希院士解釋，“考慮到跟水相互作用會(huì)影響到水與其界面很多的熵變化，因此整體的熵是一個(gè)增大的過(guò)程。”

 

 

    “你們可以做這樣的游戲，拿出一張紙一支筆，把你們能夠想到的親疏水的連接方式都畫(huà)出來(lái)。比如說(shuō)兩個(gè)親水的頭通過(guò)一個(gè)疏水的尾巴把它們連在一起。”張希院士說(shuō)。他告訴大家，有一種兩親分子，兩個(gè)親水的頭，通過(guò)一個(gè)柔性的間隔就是兩個(gè)尾巴，也可以是離子對(duì)，有極低的臨界膠束濃度。

    隨后，張希院士給同學(xué)們講了一個(gè)故事。一次他陪外國(guó)朋友到長(zhǎng)白山天池，發(fā)現(xiàn)在滾燙的溫泉水中有青苔長(zhǎng)出，后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)在這種青苔的細(xì)胞膜中有結(jié)構(gòu)特殊的脂質(zhì)——有兩個(gè)親水的頭，通過(guò)兩個(gè)疏水尾巴連在一起。“凡是這樣的分子，其相變溫度都能夠達(dá)到六七十度。”他告訴大家。

    接著，張希院士給出了超兩親性分子的定義：“人們利用共價(jià)鍵、非共價(jià)的相互作用可以組裝兩親分子，這些兩親分子叫超兩親分子。”他隨后分別以“電子轉(zhuǎn)移相互作用”進(jìn)行超兩親分子、環(huán)境響應(yīng)性超兩親分子以及類似X、H型的超兩親分子的設(shè)計(jì)與合成三個(gè)合成過(guò)程為實(shí)例，從合成反應(yīng)的原料、合成過(guò)程中的一些細(xì)節(jié)等詳實(shí)講解了合成的過(guò)程與表征，為同學(xué)們提供了更多的合成研究思路。在講解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析的過(guò)程中，張希院士還給同學(xué)們講解了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一些要注意的細(xì)節(jié)。

    他告訴同學(xué)們：“對(duì)于合成的物質(zhì)，光用一種方法表征是不夠的。”作為科學(xué)研究，要得出令人信服的結(jié)論，要用不同的方法得出同樣的結(jié)果才能夠有足夠的說(shuō)服力。“比如，在用電鏡表征之后再加上一個(gè)光散射檢測(cè)。”他以自己多年的研究經(jīng)歷為例告訴大家，如果在電鏡中進(jìn)行觀察，由于高強(qiáng)度的電子束不停地轟擊，有機(jī)物的結(jié)構(gòu)很容易被打破。“你們?cè)陔婄R下看到樣品被打破了應(yīng)該還高興，因?yàn)檫@證實(shí)它確實(shí)是有機(jī)物組成的。”他還提醒同學(xué)們：“即使是研究超于分子層次的化學(xué)，其基礎(chǔ)都源于分子化學(xué)，所以每一個(gè)學(xué)化學(xué)的人都應(yīng)該掌握各種合成的方法。” 

    在提問(wèn)環(huán)節(jié)，同學(xué)們都積極提出自己心中的疑問(wèn)。有同學(xué)針對(duì)張希院士講解中涉及到的酶響應(yīng)性超兩親分子作為藥物載體的緩釋?xiě)?yīng)用前景提出了自己對(duì)靶向的準(zhǔn)確性的想法；有同學(xué)對(duì)老師的PPT中精美的動(dòng)畫(huà)和圖片制作感興趣，向老師討教制作的過(guò)程；有同學(xué)關(guān)注薄膜合成的前沿進(jìn)展，請(qǐng)老師分析薄膜合成的發(fā)展與前景；也有同學(xué)向老師提出了自己對(duì)超雙親分子的構(gòu)筑模式的看法。張希院士對(duì)這些問(wèn)題都作出了詳細(xì)的解答，并激勵(lì)大家要勇于提出自己的看法，“要不停提出新的想法，即使是別人做過(guò)的也沒(méi)關(guān)系，只要你總有想法，終有一天你有些想法別人是沒(méi)做過(guò)的，你將來(lái)就可以第一個(gè)做。沒(méi)準(zhǔn)做十個(gè)工作就有一個(gè)工作是很重要的。”他還鼓勵(lì)同學(xué)們要到不同的單位、地方去學(xué)習(xí)和發(fā)展，爭(zhēng)取在思維未形成定勢(shì)之前更多的接觸各種各樣的新知識(shí)。

    針對(duì)有同學(xué)提出使用超兩親分子組裝成螺旋結(jié)構(gòu)的想法，張希院士給予了高度評(píng)價(jià)。他告訴同學(xué)們，人們?cè)诨瘜W(xué)發(fā)展中都在不停地向生命學(xué)習(xí)。但人們一直都沒(méi)能成功合成有自復(fù)制功能的人工DNA的結(jié)構(gòu)，或者是類似的結(jié)構(gòu)。“有人做過(guò)，但是最后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)做錯(cuò)了。錯(cuò)了就是錯(cuò)了，科學(xué)就是這樣，不能保證每句話都是對(duì)的。”他鼓勵(lì)同學(xué)們大膽去設(shè)想，“將來(lái)你要是有機(jī)會(huì)的話，可以去想，設(shè)計(jì)什么樣的體系來(lái)組裝具有復(fù)制功能的超分子結(jié)構(gòu)。不容易，但并不是不可能，有人嘗試過(guò)，但是失敗了，所以你還有機(jī)會(huì)！”同學(xué)們對(duì)張希院士幽默的回答報(bào)以會(huì)意的笑聲。