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    4月15日下午，由中國科學院研究生院“百人學者論壇”主辦的“國際化學年”科學系列講座第三場報告會在研究生院玉泉路校區舉行。來自清華大學化學系張希院士以“超雙親分子與可控自組裝”為題，結合他的研究經歷和實驗室研究近況，向同學們深入淺出地講解了超雙親分子的結構和可控自組裝的研究進展。來自國家納米中心的蔣興宇研究員主持了這次報告會，“百人學者論壇”理事長宋衛國研究員在報告會前向張希院士贈送了“百人學者論壇”的紀念杯。

 

 

    “大家知道，化學長期以來都是圍繞分子層次展開的，人類創造了近五千萬的化合物。不少是有用的材料和藥物，極大改變人類的生活。”張希院士以此作為報告的開頭，“但隨著分子化學的高速發展，人們發現許多新穎的現象不僅與單個分子有關，而且還與分子有序、有層次的聚集有關，這使化學從分子層次向超分子層次發展。”

    在簡單地介紹了超分子化學研究產生的背景后，張希院士向同學們提出一個問題：“肥皂為什么能夠洗干凈手和臉？哪位同學給我們講一講。”在他的鼓勵下，一位男同學站起來說出了自己的觀點。“這位同學說的非常好。因為物以類聚，兩親分子放到水中時，疏水的要在一起，親水的在外頭與水接觸。換成化學語言，叫疏水相互作用。所以雙親分子會形成超分子體系。最典型的就是膠束。”他用簡單的語言把一個化學概念形象地表達出來。對于超分子體系，他認為這是由大量分子聚集形成的，如由疏水效應形成的膠束，或者說熵效應。提到了熵，張希院士又提出了第二個問題：“雙親分子放到水中自發形成了膠束，形成一個有序的結構。那它與熱力學第二定律是不是有矛盾的呢？”同學們都陷入思考中。

    當有同學提出這是由于整個體系的表面能減少因而水中的雙親分子會有序組裝而并不違反熱力學第二定律時，張希院士又問道：“為什么表面能會減少呢？”這種一問一答再問再答的互動方式，讓會場的氣氛頓時變得輕松起來。“我們要計算整個體系的熵的變化，”張希院士解釋，“考慮到跟水相互作用會影響到水與其界面很多的熵變化，因此整體的熵是一個增大的過程。”

 

 

    “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出來。比如說兩個親水的頭通過一個疏水的尾巴把它們連在一起。”張希院士說。他告訴大家，有一種兩親分子，兩個親水的頭，通過一個柔性的間隔就是兩個尾巴，也可以是離子對，有極低的臨界膠束濃度。

    隨后，張希院士給同學們講了一個故事。一次他陪外國朋友到長白山天池，發現在滾燙的溫泉水中有青苔長出，后來，人們發現在這種青苔的細胞膜中有結構特殊的脂質——有兩個親水的頭，通過兩個疏水尾巴連在一起。“凡是這樣的分子，其相變溫度都能夠達到六七十度。”他告訴大家。

    接著，張希院士給出了超兩親性分子的定義：“人們利用共價鍵、非共價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“電子轉移相互作用”進行超兩親分子、環境響應性超兩親分子以及類似X、H型的超兩親分子的設計與合成三個合成過程為實例，從合成反應的原料、合成過程中的一些細節等詳實講解了合成的過程與表征，為同學們提供了更多的合成研究思路。在講解實驗設計和結果分析的過程中，張希院士還給同學們講解了實驗過程中一些要注意的細節。

    他告訴同學們：“對于合成的物質，光用一種方法表征是不夠的。”作為科學研究，要得出令人信服的結論，要用不同的方法得出同樣的結果才能夠有足夠的說服力。“比如，在用電鏡表征之后再加上一個光散射檢測。”他以自己多年的研究經歷為例告訴大家，如果在電鏡中進行觀察，由于高強度的電子束不停地轟擊，有機物的結構很容易被打破。“你們在電鏡下看到樣品被打破了應該還高興，因為這證實它確實是有機物組成的。”他還提醒同學們：“即使是研究超于分子層次的化學，其基礎都源于分子化學，所以每一個學化學的人都應該掌握各種合成的方法。” 

    在提問環節，同學們都積極提出自己心中的疑問。有同學針對張希院士講解中涉及到的酶響應性超兩親分子作為藥物載體的緩釋應用前景提出了自己對靶向的準確性的想法；有同學對老師的PPT中精美的動畫和圖片制作感興趣，向老師討教制作的過程；有同學關注薄膜合成的前沿進展，請老師分析薄膜合成的發展與前景；也有同學向老師提出了自己對超雙親分子的構筑模式的看法。張希院士對這些問題都作出了詳細的解答，并激勵大家要勇于提出自己的看法，“要不停提出新的想法，即使是別人做過的也沒關系，只要你總有想法，終有一天你有些想法別人是沒做過的，你將來就可以第一個做。沒準做十個工作就有一個工作是很重要的。”他還鼓勵同學們要到不同的單位、地方去學習和發展，爭取在思維未形成定勢之前更多的接觸各種各樣的新知識。

    針對有同學提出使用超兩親分子組裝成螺旋結構的想法，張希院士給予了高度評價。他告訴同學們，人們在化學發展中都在不停地向生命學習。但人們一直都沒能成功合成有自復制功能的人工DNA的結構，或者是類似的結構。“有人做過，但是最后發現結構做錯了。錯了就是錯了，科學就是這樣，不能保證每句話都是對的。”他鼓勵同學們大膽去設想，“將來你要是有機會的話，可以去想，設計什么樣的體系來組裝具有復制功能的超分子結構。不容易，但并不是不可能，有人嘗試過，但是失敗了，所以你還有機會！”同學們對張希院士幽默的回答報以會意的笑聲。