作者: 袁一雪 房树芬 张婷 顾晓彤 来源: 中国科学报 发布时间:2019-6-5
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张琦:将每一个问号都“拉直”

张琦 

■本报记者 袁一雪 通讯员 房树芬 张婷 顾晓彤

在纪念五四运动100周年之际,共青团中央公布了2019年“全国向上向善好青年”名单。华东理工大学化学学院博士生张琦成功入选“勤学上进”类“全国向上向善好青年”。

这并不是张琦身上唯一的标签。已是博士四年级的张琦,目前师从中科院院士田禾和教授曲大辉,在费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心(以下简称联合研究中心)进行人工分子机器和超分子化学方面的研究;已经以第一作者在Science子刊等国际著名学术期刊发表文章9篇;连续三年获得博士生国家奖学金,2018年被美国化学会评为“未来领袖者”,该奖项在全球范围仅有30名入选者……

面对丰富奇妙的化学世界,张琦说:“我渴望将实验中的每一个问号都‘拉直’,希望早日创造出属于自己的明星分子,助力中国在这个领域的飞跃。”

只管攀登莫问高

大二时担任大学生创新实验项目(以下简称USRP)负责人是张琦从事科研的起点。“我第一次感受到什么是化学研究,什么是真正的实验室。”从此,一株科研幼苗在张琦心底萌生。

基于USRP项目发表了第一篇学术论文后,张琦的科研热情被大大激发,在化学学院教师刘金库的指导下,申请了国家级大学生创新创业训练计划项目(以下简称大创),并取得了“优秀”的结题成绩。那时候,他一周两到三天在相距40多公里的奉贤、徐汇两校区之间奔波,每天阅读外文文献,寒暑假一有空就到徐汇校区“加班”,一加就是一个月。

功夫不负有心人,经过20多次的修改后,张琦的第一篇SCI论文终于在化学领域顶级期刊《化学工程》上发表,还收获了两个专利。“除了发表文章,这次挑战带给我更多的是,如何带领团队攻克课题难点,如何在实验中‘化腐朽为神奇’。”

由于“大创”项目研究出色,张琦被保送进入田禾与曲大辉的课题组读博,开始接触超分子领域。与别人不同的是,他喜欢多领域阅读并善于横向比较,一有灵感就记录下来,和导师就课题可行性和科学性进行深入讨论,一旦产生共鸣,就立马着手去做。

在做本科毕业设计的时候,张琦大胆假设,将两篇上世纪80年代早已失去关注度的文献有机结合,让“老树开了新花”,重新设计并成功开发出了新一代光响应智能纳米材料。这也使得他在博士一年级的时候,就以第一作者身份在国际顶级化学期刊《德国应用化学》上发表了相关研究论文。

“我坚信没有比脚更长的路,没有比人更高的山。”张琦说,做科研只管攀登莫问高。

品读自然寻灵感

张琦的科研灵感不仅来源于文献,更来自于奇妙的自然。他热衷于在大自然创造的生命体中找寻化学创造的可能性。当他了解到细胞中具有刺激响应行为的酶催化剂后,立即产生了一个大胆的设想:是否能在实验室中,利用化学合成的手段创造一种催化材料,来模拟酶催化剂的可开关式的独特功能?

经历了多次失败和总结,张琦成功地合成出一种智能催化剂——能够像酶一样催化活性可开关。他以第一作者身份在国际顶级材料期刊《先进材料》上发表了研究论文,并吸引了多位国际同行的关注。在一次国际学术会议上,有人问他是怎么想出把催化剂“变活”的,张琦开玩笑地回答:“我细胞里的酶告诉我的。”

面对更加复杂的超分子领域,张琦的科研热情有增无减,“大自然是最好的设计师,看到承担机械运动的肌肉组织可以巧妙地将化学能量转换为机械能,我就时常思考,能否创造一个具有类似功能的生物机器,推动人类社会的进步”。

大胆假设,精心设计,30个月的执着、20多步的有机合成、数千次的采集数据之后,张琦团队终于成功地在实验室中人工合成出分子机器——只有头发丝直径万分之一大小的人造分子肌肉,并以第一作者身份在《细胞》姐妹刊Chem上发表了研究论文。这也是我国科学家在人工分子机器这一诺奖领域里取得的又一个重大突破。

峰回路转求创新

每一次突破都非坦途。“苦”与“乐”的风景总是交错呈现,但是张琦善于钻研发现、善于改变思维的特点,使他在“苦景”中也能探索出新发现。

在一次合成实验中,张琦苦恼地发现,有类化合物总是倾向于自发变成不利于实验结果的凝胶,而一旦这个“破坏因子”出现,就意味着实验失败。

“塞翁失马,焉知非福。不妨换个思维,看看这个反复出现的凝胶到底是什么来头?既然这类化合物这么容易变成聚合物,能不能把它作为一种全新的聚合物材料使用呢?”

经过上百次提取、冷凝,数千次的反复试错,张琦意外地发现了一类原始创新的超分子聚合物,它可以将自修复聚合物材料的断裂伸长率这个指标提升到国际领先的150倍。这就是张琦以第一作者身份与费林加教授共同在Science Advances上发表的成果。

成果发表后,引起了学术界和工业界的争相报道和评述,美国杂志C&EN对其进行亮点报道,称它将会推动黏附剂、自修复材料、可穿戴设备等多个重要领域的发展。

张琦基于此专利保护的知识产权,又进一步开发形成新材料产品,获得2018年首届“万华杯”青年新材料创新创业大赛成果转化组一等奖,得到了国内企业界的高度赞赏和肯定。

“这真是一次美丽的意外,多思考,不要轻视每次的失败。”张琦感叹道。

《中国科学报》 (2019-06-05 第8版 校园)
 
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