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唐睿康:我与化学的不解之缘

发布时间:2011-04-08来源:浙大新闻办作者:唐睿康浏览次数:150580


    由于父母均是学化学出身,我选择化学多少受到家庭的影响。准确地说,我并不是因为喜欢化学而走入化学,却是因为走入了化学而了解化学、进而喜欢化学。年幼的我有一颗不想被约束的心,不希望自己要追随着父辈的脚步被局限在化学世界中。但现实和理想往往截然不同,在“走入化学”的现实和“逃离化学”的梦想中我最终还是选择了对现实的尊重或者说是妥协,因此我是带着一丝悲壮选择化学作为自己的专业方向。但很幸运的是,我在一所好大学里遇到了很多好老师,他们将有点自以为是但事实上又是无知的我引入到化学这个奇妙的世界中。
    
    学过化学和了解化学是两个完全不同的概念。我在中学期间就系统地学完了大学化学的基础内容,对化学多少有些“审美疲劳”。在南京大学就读期间,老师根据我的实际情况让我离开课堂进入实验室接触科学研究。那时候的我才拨开了通往化学世界的一条小门缝,发现这并不是个“古老而狭隘”的房间,而是一片支撑人类发展的广阔天空。我的科学研究是从表面活性剂起步的,但这个方向是硬性分配的,更是违背了自己在化学世界中仅仅那么一点的兴趣爱好,因为有前一次“悲壮”的铺垫,所以没有多大波折我就服从并接受了安排。当时我强烈地认为这样的化学研究过于平凡和简单,更没任何可以惊天地的伟大成就和科学价值。尽管心中带着失望和不满,但还是全力开展工作,因为不管是愿意还是不愿意,这将是我今后要面对的路,但那时候的我根本没有意识到我将会在这条路上一直走下去,而且是很高兴地走着。
    
    随着研究的开展,我逐渐意识到这么一个简单和无聊的化学研究课题其实充满了太多的神奇。表面活性剂不仅在日常生活和工业中有着十分重要的应用,即便在被冷落的基础研究领域人们发现了在很多材料的制备过程中只要有加入少量的表面活性剂就可以改变所得到材料的结构、形貌乃至性质。正是这一点又将我引入到生物矿化这个新兴学科领域中。生物矿化是研究生物体中贝壳、牙齿和骨骼等硬组织的形成过程,看起来这是十分复杂的生物过程,甚至从字面表观上和化学没有密切的联系。但事实上,生物体能够将无机矿物变成生物功能材料的关键就是因为它们能够很好地改变和控制材料的结构、形貌从而让简单的非生命材料具有神奇的生命活性。生物体中的细胞也正是通过所分泌的有机基质例如蛋白质去调控生物无机材料形成过程,也就是和前面提到的化学研究中通过表面活性剂改变材料制备的现象十分接近。事实上,它们的基本化学原理几乎完全一样。而生物矿化的化学模型就是有机分子能对无机离子进行识别并发生特异性的配位结合,当这个识别失效的时候则会造成生物体内无机反应的失控,在医学中表现为结石、血管钙化和肌肉骨化等常见的病症,所以这些生物医学问题事实上和化学密切相关。
    
    通过了解生物矿化的化学原理,我们就能够通过化学手段并结合生物医学技术干预这些生命过程,实现组织的修复和疾病的治疗,从而让生活变得更加美好。例如,我们实验室已经成功演示了如何利用生物矿化中的化学原理实现牙齿的仿生修复,还能提供更为优良的骨修复材料,所发现的机理为骨质疏松和病理性矿化疾病的防治提供理论支持和新的方法。化学研究除了帮助人们更好了解自然界的同时,另一个重要任务是为自然界创造新事物,又如我们实验室利用仿生矿化发展出细胞壳化新技术就是利用化学方法将材料和细胞像鸡蛋一样进行复合,而这类的人工生命复合体可以为生物体系提供功能化保护。我们通过实验又展示了矿化后的细胞能在紫外辐射或高温条件下继续生存发育,这就为臭氧层空洞和全球气温变暖等条件下地球生命及生态的保护提供了应对策略,具有十分重要的科学意义。而这些看似是属于生物和医学领域的精彩结果却来自于化学实验室。尽管我们的工作已经涉及到很多学科领域,包括了物理、材料、地学、生物、医学和药学等,但归根结底还是围绕着一个基础的化学问题——如何让有机调控无机结晶?这也就是为什么我们是依靠化学开展这项跨学科研究的原因。我们能够成功的一个重要原因也正是坚持以化学为核心,同时向其他学科辐射发展,也正体现了对科学研究规律的遵循上。这些年的经历让我逐步成熟,从一名“逃离化学”的学生完成了到“深爱化学”的学者的自发转变,即便是当年化学中一个不经意的小点却正在切实改变着我们现在和未来的生活,我感到很幸运的是能够亲身参与其中并体会快乐。这也生动地告诉我,化学中的简单事实上并不简单,而很多复杂生命现象的实质却是化学中的不复杂,两者矛盾而又相互统一,也因此造就了化学的美丽。
    
    和我所从事的生物矿化领域很类似,当前很多生物医学的进展都是建立在化学研究成果的基础上,事实上生物学和化学间的界限在现代科学中越来越模糊,使我们也分不清楚了。但总的来说,化学家更注重于分子层次上对基本科学原理的研究,是站在舞台的幕后支持着生物等学科的发展。虽然没有在舞台上那么光鲜,却提供着最根本也是最重要的原始创新动力,事实上我们也很清楚,任何舞台上演出成功的关键是在看不见的舞台后。同样的现象和关系在新材料、新能源和环境资源等学科兴起和发展过程中正在不断地、普遍地发生着。因此现代化学和现代科学的整体发展相互交融,也就是我们常常说到的,21世纪化学作为一门中心科学将与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源和环境科学中相互渗透共同促进发展,我们世界将因为化学的发展而变得更为精彩。
    
    (唐睿康)