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武昌工学院

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张琦:弯道超车从生命中找寻科学灵感

 

“诺奖成员”  超分子领域的热情攀登者

从大二基于大学生创新实验项目(以下简称“USRP”)成果发表第一篇学术论文,到以第一作者身份与诺贝尔化学奖得主伯纳德?费林加共同发表论文于Science子刊Science Advances上,华东理工大学博士生张琦至今已在国际SCI期刊上发表了24篇论文,其中第一作者9篇,论文被引300余次,单篇最高被引50次,解决了多项国际前沿科学难题,国内外知名学术期刊和媒体多次报道其成果。

自攻读博士学位以来,张琦连续3年获得博士生国家奖学金,并在2018年被美国化学会评为“未来领袖者”,该奖项在全球范围内仅30名入选者。

已是博士四年级的张琦,目前正师从田禾院士和曲大辉教授,在费林加诺贝尔奖科学家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。

只管攀登莫问高

大二时担任USRP项目负责人是张琦从事科研的起点?!拔业谝淮胃惺艿搅耸裁词腔а芯?,什么是真正的实验室?!贝哟?,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,张琦的科研热情被大大激发。趁着这股热劲,他在化学学院刘金库老师的指导下,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?;叵肫鸬笔钡哪枪伞昂榛闹Α?,张琦眼里流露出满满的自豪。

功夫不负有心人,经过20多次的修改后,张琦的第一篇SCI论文终于在化学工程顶级期刊 Ind. Eng. Chem. Res.发表,还收获了2个专利?!俺朔⒈砦恼?,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’?!?/p>

由于“大创”项目研究出色,张琦被保送进入了田禾院士、曲大辉教授的课题组直博,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“尘封多年”早已失去关注度的“古老”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Angew. Chem. Int. Ed.上发表了论文,读博刚起跑就进入了最佳状态。

“我坚信没有比脚更长的路,没有比人更高的山?!闭喷?,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。该成果让他以第一作者身份在国际顶级材料期刊Advanced Materials上发表了研究论文。这个独特概念的提出,也吸引了多位国际同行科学家的关注。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?!?/p>

面对更加复杂的超分子领域,张琦的科研热情有增无减?!按笞匀皇亲詈玫纳杓剖?,看到承?;翟硕募∪庾橹梢郧擅畹亟芰孔晃的?,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?!?/p>

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Cell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?!翱唷庇搿袄帧钡姆缇白苁墙淮沓氏?,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。

在一次合成实验之中,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C&EN杂志对其进行亮点报道,称它将会推动粘附剂、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?;さ闹恫?,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。

弯道超车梦可期

科研之路要想走得更远,国际视野必不可少。所幸的是,华理给张琦提供了这样的土壤和平台。

2017年10月揭牌成立的费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心是国家引智育人的重点项目,也是将上海建设成为有全球影响力的科技创新中心的重要支撑,更是华理助力国家创新驱动发展战略的重大举措。作为研究中心的一员,张琦感觉自己很幸运,能和团队并肩战斗,尤其是有机会在国际顶尖学术大师的指导下开展科学研究。

回忆起费林加教授第一次来华理交流的情景,张琦说:“当时,我问教授是否有兴趣去上海周边逛逛,他说自己的兴趣在于工作,化学就是他的生活?!狈蚜旨咏淌诘难源斫?,潜移默化地影响着包括张琦在内的每一位团队成员。

除了“科研大神”“诺奖成员”这样的称号外,张琦还有一个国际范儿的“未来领袖者”称号——2018年5月15日,美国化学会旗下分支机构美国化学文摘社(CAS)公布了2018年CAS SciFinder未来领袖项目名单,中国大陆仅有2名博士生入选,其中一位就是张琦。

敏锐的科研直觉、深刻的洞察力、善于改变思维是张琦科研成功的原料,而求索与执着则是催化剂。对张琦而言,化学世界丰富多彩、奇妙莫测,自己仅仅窥视到了一角?!拔铱释笛橹械拿恳桓鑫屎哦肌薄?,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弯道超车?!?/p>

(责任编辑:武昌工学院)
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