4月15日下午，由中国科学院研究生院“百人学者论坛”主办的“国际化学年”科学系列讲座第三场报告会在研究生院玉泉路校区举行。来自清华大学化学系张希院士以“超双亲分子与可控自组装”为题，结合他的研究经历和实验室研究近况，向同学们深入浅出地讲解了超双亲分子的结构和可控自组装的研究进展。来自国家纳米中心的蒋兴宇研究员主持了这次报告会，“百人学者论坛”理事长宋卫国研究员在报告会前向张希院士赠送了“百人学者论坛”的纪念杯。

 

 

    “大家知道，化学长期以来都是围绕分子层次展开的，人类创造了近五千万的化合物。不少是有用的材料和药物，极大改变人类的生活。”张希院士以此作为报告的开头，“但随着分子化学的高速发展，人们发现许多新颖的现象不仅与单个分子有关，而且还与分子有序、有层次的聚集有关，这使化学从分子层次向超分子层次发展。”

    在简单地介绍了超分子化学研究产生的背景后，张希院士向同学们提出一个问题：“肥皂为什么能够洗干净手和脸？哪位同学给我们讲一讲。”在他的鼓励下，一位男同学站起来说出了自己的观点。“这位同学说的非常好。因为物以类聚，两亲分子放到水中时，疏水的要在一起，亲水的在外头与水接触。换成化学语言，叫疏水相互作用。所以双亲分子会形成超分子体系。最典型的就是胶束。”他用简单的语言把一个化学概念形象地表达出来。对于超分子体系，他认为这是由大量分子聚集形成的，如由疏水效应形成的胶束，或者说熵效应。提到了熵，张希院士又提出了第二个问题：“双亲分子放到水中自发形成了胶束，形成一个有序的结构。那它与热力学第二定律是不是有矛盾的呢？”同学们都陷入思考中。

    当有同学提出这是由于整个体系的表面能减少因而水中的双亲分子会有序组装而并不违反热力学第二定律时，张希院士又问道：“为什么表面能会减少呢？”这种一问一答再问再答的互动方式，让会场的气氛顿时变得轻松起来。“我们要计算整个体系的熵的变化，”张希院士解释，“考虑到跟水相互作用会影响到水与其界面很多的熵变化，因此整体的熵是一个增大的过程。”

 

 

    “你们可以做这样的游戏，拿出一张纸一支笔，把你们能够想到的亲疏水的连接方式都画出来。比如说两个亲水的头通过一个疏水的尾巴把它们连在一起。”张希院士说。他告诉大家，有一种两亲分子，两个亲水的头，通过一个柔性的间隔就是两个尾巴，也可以是离子对，有极低的临界胶束浓度。

    随后，张希院士给同学们讲了一个故事。一次他陪外国朋友到长白山天池，发现在滚烫的温泉水中有青苔长出，后来，人们发现在这种青苔的细胞膜中有结构特殊的脂质——有两个亲水的头，通过两个疏水尾巴连在一起。“凡是这样的分子，其相变温度都能够达到六七十度。”他告诉大家。

    接着，张希院士给出了超两亲性分子的定义：“人们利用共价键、非共价的相互作用可以组装两亲分子，这些两亲分子叫超两亲分子。”他随后分别以“电子转移相互作用”进行超两亲分子、环境响应性超两亲分子以及类似X、H型的超两亲分子的设计与合成三个合成过程为实例，从合成反应的原料、合成过程中的一些细节等详实讲解了合成的过程与表征，为同学们提供了更多的合成研究思路。在讲解实验设计和结果分析的过程中，张希院士还给同学们讲解了实验过程中一些要注意的细节。

    他告诉同学们：“对于合成的物质，光用一种方法表征是不够的。”作为科学研究，要得出令人信服的结论，要用不同的方法得出同样的结果才能够有足够的说服力。“比如，在用电镜表征之后再加上一个光散射检测。”他以自己多年的研究经历为例告诉大家，如果在电镜中进行观察，由于高强度的电子束不停地轰击，有机物的结构很容易被打破。“你们在电镜下看到样品被打破了应该还高兴，因为这证实它确实是有机物组成的。”他还提醒同学们：“即使是研究超于分子层次的化学，其基础都源于分子化学，所以每一个学化学的人都应该掌握各种合成的方法。” 

    在提问环节，同学们都积极提出自己心中的疑问。有同学针对张希院士讲解中涉及到的酶响应性超两亲分子作为药物载体的缓释应用前景提出了自己对靶向的准确性的想法；有同学对老师的PPT中精美的动画和图片制作感兴趣，向老师讨教制作的过程；有同学关注薄膜合成的前沿进展，请老师分析薄膜合成的发展与前景；也有同学向老师提出了自己对超双亲分子的构筑模式的看法。张希院士对这些问题都作出了详细的解答，并激励大家要勇于提出自己的看法，“要不停提出新的想法，即使是别人做过的也没关系，只要你总有想法，终有一天你有些想法别人是没做过的，你将来就可以第一个做。没准做十个工作就有一个工作是很重要的。”他还鼓励同学们要到不同的单位、地方去学习和发展，争取在思维未形成定势之前更多的接触各种各样的新知识。

    针对有同学提出使用超两亲分子组装成螺旋结构的想法，张希院士给予了高度评价。他告诉同学们，人们在化学发展中都在不停地向生命学习。但人们一直都没能成功合成有自复制功能的人工DNA的结构，或者是类似的结构。“有人做过，但是最后发现结构做错了。错了就是错了，科学就是这样，不能保证每句话都是对的。”他鼓励同学们大胆去设想，“将来你要是有机会的话，可以去想，设计什么样的体系来组装具有复制功能的超分子结构。不容易，但并不是不可能，有人尝试过，但是失败了，所以你还有机会！”同学们对张希院士幽默的回答报以会意的笑声。