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聊生物、聊醫藥、聊材料,這場化學頭腦風暴連接一切

来源: 发布时间:2019-09-26 作者:

 


       什么是化学?

生僻字紮堆的元素周期表,形似蜂巢的結構圖,深奧複雜的反應式……這些都對。

但如果我們把視線從紙上挪開,放眼身邊環抱我們的整個世界,那裏無處不在都是化學——

一個人的生老病死是化學;

一棵樹的四季更替是化學;

每一天的衣食住行是化學。

這兩天的杭州花家山莊,有一場從化學出發連接這一切的頭腦風暴。數十位化學家出席西湖大學2019化學研討會,共同探討化學與生物、化學與環境、化學與醫藥、化學與工業的當下與未來。

共生菌、糖肽、螺烯、柱芳烴納客……17場精彩的學術報告,數不清的專業名詞背後,描述的是我們再熟悉不過的——生活。

 

化學與個性化免疫治療

李艳梅 清华大学教授

專業名詞:糖肽、糖基化、腫瘤抗原、佐劑


我們聽說過個性化營養,但有沒有聽說過治療那些令人聞之色變的腫瘤,也可以用個性化的治療方案呢?原來,患者A和患者B哪怕患的是同一種腫瘤,他們體內的腫瘤細胞也會存在不一樣的特性,爲更有針對性的個性化治療方案提供了空間。

“我看到了腫瘤細胞表面,它的蛋白骨架是被暴露出來的,它的糖是特殊的,但是怎樣的糖+蛋白骨架的組合,可以刺激人體免疫系統産生針對腫瘤的抗體,去識別並激發殺死腫瘤細胞過程呢?這就是我們實驗室要做的事情。”李豔梅教授說。

她的團隊經過兩年多的努力,找到了這樣的組合,而且正在不斷解決從理論通往實踐的過程中出現的各種新問題。她說,除了用在腫瘤免疫治療上,這種原理和策略還可以應用在針對病毒、病菌的疫苗上。

 

化學生物學

陈 鹏 北京大学教授

專業名詞:生物正交反應,蛋白質激活


“虽然我们的教学过程会分一些学科方向,但是来自大自然的科学问题是不分物理、化学、生物这些方向的,所以解决这些问题的途径也应该是学科交叉的。比如对某种疾病的研究,就应该用各种交叉的手段来开展,提出治疗的方案。” 这场会上,从事交叉学科研究的学者不少见,陈鹏教授就是其中一位,他从事的是化學生物學研究。

陈鹏教授在报告里介绍了他从事化學生物學工具开发和应用的进展。“第一我们要在机理上了解生命过程,比如干细胞的分化、癌症细胞的产生等。针对这些过程的分子机理,化學生物學可以提供一些新的技术、新的方法。同时,揭示分子机制后,我们可以研究和开发一些干预手段。但是目前化學生物學提供的这类手段还很不够,需要在深度和广度上拓展,这是我们未来需要不断努力的方向。”

報告過程中,陳鵬教授有個關鍵詞:生物正交反應。這是他的研究重點之一,陳鵬教授主要通過這種反應研究生命過程。

這是一類能夠在活細胞或者活體動物內專一發生而不幹擾正常生理活動的化學反應。陳鵬教授舉了一個很通俗的例子,“你可以把它理解爲城市交通的立交橋,比如一個方向的車流是正常的細胞裏的活動,在構築的橋上通行就不會影響生命的正常進行,是一種立體交叉的反應,它可以標記細胞裏的生物大分子,也可以對蛋白質等分子機器的活性進行原位的調控,前景廣闊。”

 

化學與材料

郑南峰 厦门大学教授

專業名詞:納米材料、界面化學、多相催化


看到一個固體表面,普通人會想到什麽?想到的可能是表面是否光滑細膩,但作爲一名化學工作者,鄭南峰教授想的是:“分子到了表面後發生什麽?反應是怎麽進行的?如何讓發生在固體表面的反應100%按照自己的想法進行?”事實上,從分子層面去理解固體表面並不是一件容易的事,因爲表面非常複雜,擁有點、面、棱等不同結構特征,但目前卻還沒有很有效的手段去“看”到這些表面結構特征、化學過程,因此想要精准地控制固體表面反應非常難。

鄭南峰認爲作爲科學家,我們需要去深入理解不同表面結構特征上發生的化學反應,這樣才能去精准地控制催化劑等複雜固體表面的化學反應。這是一件很有挑戰性的事情,正是因爲挑戰,做起來才有意思。”

超過80%的化工反應過程用到了催化劑,而這其中90%是多相催化劑(如負載型金屬納米顆粒)。面對經濟發展和環境的雙重壓力,鄭南峰教授表示:“一個理想的催化劑需要擁有三個重要特征:一是高催化活性,極大地加快化學反應;二是高催化穩定性和可回收性;三是綠色環保。我們想做的就是希望在原子、分子水平上去理解發生在多相催化劑表界面上的化學反應,設計出理想的多相催化劑,讓分子可以在這類複雜固體表面進行精准反應,提高化學反應的原子經濟性,從源頭上減少一些重要化工過程的汙染排放,爲環境保護做出自己的貢獻。”

 

化學與創造新事物

朱守非 南开大学化学学院教授

專業名詞:手性質子梭、金屬卡賓、有機硼化物、鐵催化劑、自旋態


“化学最大的特点就是创造新物质。” 朱守非教授说,我们的祖先能利用的物质,主要是大自然中本来就存在的物质,比如石块、树木、兽皮;后来由于化学创造,才有了陶瓷、金属、塑料。“不知不觉间,我们已经在自然界旁边构筑了一个全新的、人类自己制造的物质世界。目前登记在册的数千万种人造化合物,已经超过大自然原本存在的物质数量。”

在化學研討會上,朱守非教授分享了他的團隊正在做的三個方向的研究。

第一個是不對稱質子轉移催化,通過這方面的研究,使許多氨基酸的合成效率變高、汙染減少,甚至可以做出原本不存在的新的氨基酸。“我們知道,氨基酸是構成蛋白質的基本單位,所以這個研究會對未來的生物改造、藥物合成提供更多機會。”他說。

第二個方向則與有機硼化物有關。“我們發展的合成方法有可以構築出具有新穎結構的有機硼化合物,從而使之實現一些新功能,在醫藥、試劑、材料方面都將很有前景。”

但最令他興奮的是第三個方向,也是最基礎的一項研究,是關于鐵催化劑的電子結構調控的研究。“鐵的價層電子可以成對結合或者相互獨立,表現出豐富的自旋態,而且不同自旋態在室溫下就能相互轉化,這種特性在其他金屬中並不多見。這種自旋態變化能不能被調控、如何被調控?這是我們目前還不知道的,但是這個問題的解決有可能爲我們發展鐵催化劑和鐵催化的反應打開大門。”

雖然目前還無法評估這個研究可能在哪些具體領域得到應用,但是在朱守非教授看來,這正是基礎研究的魅力所在。

“牛頓的萬有引力定律應用到什麽層面?所有宏觀世界的層面;愛因斯坦揭示能量與質量關系的那個著名的公式能用到哪兒呢?只要有物質的地方都用得到!”他說,把最基礎的鐵催化劑電子結構的調控規律弄清楚,往外延展的應用也將會是無窮的。


 


這場“小而精”的研討會,是西湖大學理學院第一次舉辦的化學學術會議。一天半的議程裏,來自清華大學、北京大學、中國科學院、浙江大學、南開大學、南京大學、四川大學、華東師範大學、廈門大學、東華大學、湖南大學、南昌航空大學等國內知名院校和科研機構的化學家,爲我們帶來了17場精彩的學術報告。


鄧力老師

 

“很高兴这次会议邀请到了很多化学领域的优秀人才,议题也涵盖从生物化学到材料化学,从无机化学到有机化学的多个方向,希望这一天半的交流与分享让大家都有所收获。”西湖大学化学讲席教授、学术委员会主任、理学院执行院长鄧力老師说。

分享已知的發現,討論當下的挑戰,探索未知的前沿。作爲一個開放性的基礎學科,從構築新結構到實現新功能,“牽一發而動全身”的化學把我們從蠻荒原始帶入現代生活。而西湖邊的這每一位學者、每一場報告、每一輪對話、每一次握手,都在爲一個更美好的世界努力著。