科技功臣田禾:在分子機器的神奇世界,他讓諾獎得主為中國科研“點讚”
2020年05月19日09:11

原標題:科技功臣田禾:在分子機器的神奇世界,他讓諾獎得主為中國科研“點讚”

顯微鏡下,一架分子馬達飛速地轉動起來,這種肉眼根本無法看到的分子機器將會把我們帶入一個什麼樣的神奇世界?這是每一天,發生在中國科學院院士、華東理工大學教授田禾實驗室里的故事。30餘年,功能分子機器及超分子聚合物、振動誘導發光機理、染料敏化太陽能電池、新穎分子探針……在這間實驗室,他創造了無數創新性成果,至今已發表SCI論文超過500篇,獲中國發明專利授權60項。今天,田禾院士榮獲“2019年度上海市科技功臣”。

微觀分子機器,無限未來可能

人類能夠將機器做到多小?這是美國傑出物理學家、諾貝爾獎得主理查德·費曼在上世紀50年代對納米技術發展提出的問題。他相信,人類有可能用“巨大”的雙手製造出必須依靠電子顯微鏡才能觀察的微型機器。夢想在上世紀80年代實現。這個時候,正是田禾在華東理工大學(當時稱華東化工學院)求學成長的日子,他的興趣和命運很快與精細化工、分子機器結合在一起。

1978年,踏上改革開放“時代列車”的田禾,跨入大學校門,開啟科學知識求索之旅;1989年,他在華東理工大學博士畢業後留校任教。“我們這一代人,在黨和人民的教育和引領下,堅持科技報國、科技興國的理念,與改革開放的宏偉事業共成長。”田禾說道。急國家所需,為國家作貢獻,全身心投入到國家科技創新發展與創新人才培養的一線事業之中,這種矢誌報國的深厚情懷早已深入骨髓。

2016年,三位外國科學家因“在分子機器的設計和合成方面的貢獻”,獲得諾貝爾化學獎,他們開發出了比頭髮還要細1000倍的分子機器。然而,他們是設計者,分子機器有何用途尚待後來者拓展研究。

瞄準分子機器這個世界最前沿尖端的科學問題,田禾帶領研究團隊,針對分子機器的狀態表徵方法複雜、難度大以及信號讀出靈敏度低的缺點,首次提出用螢光信號來表徵分子機器運動狀態的思路,構建了一系列光學輸出信號的功能分子機器,解決了分子尺度上精確表徵分子機器運動的關鍵問題,創新發展了微觀分子機器在界面定向排列的方法,實現了分子機器在微納米尺度下的功能輸出。

如何使微觀分子機器實現功能化和實用化?這是眾多國際科研團隊面臨的前沿挑戰。田禾帶領研究團隊,創新性地將分子機器與納米顆粒進行連接,精準實現了人工分子肌肉在分子尺度的收縮—舒張功能,並巧妙地將分子機器橫跨細胞的磷脂雙分子層,首次實現人工分子機器在離子跨膜運輸領域的應用,為分子機器的功能化與實用化提供了新思路。

數十次“點讚”,一個聯合研究中心

田禾讓中國分子機器研究獲得了包括諾貝爾獎得主在內的國際同行的尊重。“提供了一種分子機器運動的便捷信號響應方式,解決了多重複雜邏輯電路這一挑戰性難題”,2016年諾貝爾化學獎得主司徒塔特教授在其最新的專著中,先後30餘次對田禾院士在分子機器領域的創新成果正面引用並給予高度評價,其中配圖詳細論述22次。另一名諾貝爾獎得主則來到華東理工大學,與田禾面對面共同研究分子機器。

2017年10月,田禾聯合2016年諾貝爾化學獎得主、荷蘭格羅寧根大學的費林加院士,在華東理工大學建設費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心,以此作為上海市建設具有全球影響力的科技創新中心的重要承載區之一,努力在動態化學領域引領學科未來發展。

分子機器之所以成為全球高科技的最前沿,是因為它帶來了無限的概念:未來,從我們的靜脈里注射入一批納米機器人,它們可以直接清洗血管,也許,心血管疾病不再是人類的“頭號殺手”;我們使用的材料,通過分子機器,可以自動修復,永久使用……可相當長時間內,如何使用“分子機器”,仍將是科學家們攻關的難題。

目前,費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心的儀器設備已基本搭建完成。“這裏將設立化學合成的人工智能實驗室,提升新材料、新能源的研發速度”,田禾表示,現在很多化學合成還像“手工作坊”,今後這些合成任務可以交給AI機器,它們可以24小時連續工作,這將大大加快研發的速度。

如何助力上海打造更優的創新創業生態,提高創新“濃度”,更好地為建設世界科技強國作出新的更大的貢獻?田禾帶領科研團隊,全力投身上海科創中心建設。從2014年到2019年,他本人連續6年入選ESI化學領域全球高被引科學家。田禾說:“我將繼續瞄準核心技術,潛心科學研究,培育時代新人。”分子機器,能不能成為上海建設全球性科創中心的一個標誌,讓中國人在分子機器研究領域獲得國際影響力?這是田禾心中的夢。

新民晚報記者 張炯強

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