堅持創(chuàng)新 力求更好

2016年5月7日，CrystEngComm雜志封面文章詳細(xì)闡述了華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院鄧文禮教授課題組在世界上第一個創(chuàng)建分子納米尺度的“中國結(jié)”和“麥穗”結(jié)構(gòu)。

2016年8月7日，J.Phys.Chem. Lett.對通過鹵鍵誘導(dǎo)實現(xiàn)分子組裝的有效調(diào)控研究進(jìn)行了報道，并選作“亮點(diǎn)文章”特別展示。而這篇文章的作者也是來自鄧文禮課題組。

短短3個月，兩次走上材料科學(xué)“熱搜榜”，鄧文禮本人卻淡然如故。用他的話說，他所做的無一不是自己認(rèn)定了具有重要意義的研究。為了把感興趣的科學(xué)問題搞清楚，不斷追求，不斷探索，做出更好的工作，對他而言，是再自然不過的狀態(tài)。

爬山虎的初啟示

2004年5月，鄧文禮作為華南理工大學(xué)高層次引進(jìn)人才，從美國華盛頓州立大學(xué)完成工作回到廣州，6月進(jìn)入華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，開始著手創(chuàng)建納米技術(shù)與分子科學(xué)實驗室。

一個全新的開端下，到底要做什么？鄧文禮環(huán)顧實驗室，彼時，他所擅長的分子組裝研究需要的設(shè)備尚未完全到位。與其坐等，不如趁此機(jī)會做一些不一樣的工作。他瞄準(zhǔn)了仿生學(xué)。“2000年以后，國際上對壁虎的仿生學(xué)研究最為熱門。可等到我回國的時候，國際上在這方面已經(jīng)日漸成熟，就算我再去做，也只能跟隨別人的腳步，或者做一些小幅度的修修改改。”

這種“跟隨者”的定位，與鄧文禮心目中的“創(chuàng)新”不相符。“后來，我就想到一個問題。在自然界中，動物和植物是相對的，既然有這么多人做爬行動物的仿生，那么，有沒有適合仿生研究的爬行植物呢？”

很長一段時間，鄧文禮腦子里都盤旋著這個疑問。直到有一次，他開車經(jīng)過一座高架橋，看到橋墩上長滿了爬山虎。留心了這種“有意思的植物”后，鄧文禮才注意到，不僅是高架橋橋墩，就連他家院子外面的水泥墻和水泥柱都被爬山虎覆蓋了。

爬山虎到底是怎么攀爬的？葉圣陶先生曾在一篇文章里認(rèn)真論述過，他認(rèn)為爬山虎的腳長在“莖上長葉柄的地方，反面伸出枝狀的六七根細(xì)絲，每根細(xì)絲像蝸牛的觸角”。當(dāng)“爬山虎的腳觸著墻的時候，六七根細(xì)絲的頭上就變成小圓片，巴住墻”，此時，原本直的細(xì)絲呈彎曲狀，“拉”住爬山虎的嫩莖，使其緊貼在墻上，一步一步往上爬。

爬山虎的腳，學(xué)名叫做“吸盤”。如果離開接觸面，吸盤用不了多久就會枯萎消散；反之，只要粘附在接觸面上，就算干枯灰敗，這吸盤也會將爬山虎的藤蔓牢牢地“貼”在接觸面上，等閑不能拉開。

這是真的，鄧文禮特意測試過吸盤與表面的粘附作用力、吸盤的質(zhì)量以及與表面的粘附面積。根據(jù)他的測量，單個成熟的爬山虎干吸盤的平均質(zhì)量約為0.0005克，吸盤與基底的黏附接觸面積平均也只有1.22平方毫米，而黏附力卻達(dá)到13.7N，能夠承載的最大拉力是其自身重量的280萬倍。

四兩撥千斤，小小的吸盤竟然具有這么強(qiáng)大的力量！鄧文禮震撼了，稱之為“超強(qiáng)吸附力”。而后，經(jīng)過對比，他發(fā)現(xiàn)，與仿壁虎粘附材料相比，爬山虎吸盤類的天然粘附材料的粘附強(qiáng)度足足高出了兩個數(shù)量級。

2008年1月15日，他在學(xué)術(shù)網(wǎng)站Nature Precedings公開發(fā)表了自己的研究結(jié)果。幾個月后，《自然科學(xué)進(jìn)展》雜志也對這一結(jié)果進(jìn)行了重點(diǎn)報道。在這些文章中，他還對出現(xiàn)超強(qiáng)吸附力的原因做了初步解釋。

經(jīng)過3年的觀察，鄧文禮對爬山虎吸盤和卷須的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的研究。在實驗觀察的基礎(chǔ)上，他認(rèn)為爬山虎吸盤內(nèi)的海綿狀的微孔區(qū)域和細(xì)胞壁內(nèi)的多孔區(qū)域類似，這種結(jié)構(gòu)有利于植物激素的傳輸和黏液的流動，強(qiáng)化了吸盤和襯底間的黏附強(qiáng)度。同時，由于爬山虎吸盤分泌的大部分生長素含有弱酸性物質(zhì)，一種緩慢的化學(xué)反應(yīng)在吸盤與襯底的接觸面發(fā)生，這種反應(yīng)很難通過肉眼和普通分析方法予以檢測，卻能導(dǎo)致吸盤在襯底表面錨合。

吸盤與表面的粘附作用是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，吸盤的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成決定吸盤與表面的粘附強(qiáng)度。在分子層次上的多種弱相互作用力，包括分子間力、靜電力、毛細(xì)力和范德華力等，對黏附也有輔助作用。”鄧文禮補(bǔ)充道。

豎起爬山虎研究的標(biāo)桿

“此前，爬山虎的應(yīng)用研究集中在藥理學(xué)、環(huán)境保護(hù)和綠化美化功能上”，鄧文禮說，對超強(qiáng)粘附力的挖掘，證明了它在仿生學(xué)應(yīng)用上的前景。比如，設(shè)計合成一些優(yōu)異的黏膠，其中具有可逆生理學(xué)作用的黏膠可以用在生物醫(yī)學(xué)上，而具有可逆?zhèn)鲗?dǎo)作用的黏膠則可以用在仿生學(xué)和生物分子電子學(xué)上。再比如，以爬山虎為跳板，可以在納米尺度上研究植物體系中藥物的傳輸、代謝和轉(zhuǎn)換作用，進(jìn)而尋找納米技術(shù)在生物遺傳和進(jìn)化中的應(yīng)用。

小試牛刀之后，鄧文禮認(rèn)真盤算過爬山虎研究的未來，他認(rèn)為如果能夠真正深入系統(tǒng)地去探索，一旦取得突破，必將促進(jìn)仿生和生物信息材料以及仿生器件的發(fā)展。“這就需要更多的實驗和理論工作。”

2010年，在國家自然科學(xué)基金面上項目的支持下，鄧文禮開始對爬山虎研究重新布局。這一次，他選擇了從材料科學(xué)、化學(xué)生物學(xué)和納米仿生學(xué)的視角去“看”那些更深層次的問題。“吸盤的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)和粘附作用之間到底存在怎樣的關(guān)系？”他想要回答這個問題。

結(jié)果是，他帶領(lǐng)課題組從吸盤的萃取分離物中初步測定含有丹寧酸和黏多糖等21種有機(jī)組分，用微量元素分析發(fā)現(xiàn)吸盤中含有鉀、鈣、鐵等6種金屬元素，并測定了它們的含量。這當(dāng)然還不夠，緊接著，他們就利用電化學(xué)刻蝕方法制備出了金屬鋁及其氧化物模板，制備獲得了聚苯乙烯多孔結(jié)構(gòu)，并測試了水在其表面的潤濕和粘附作用。“糖類化合物在吸盤形成和粘附過程中也有著獨(dú)特的作用”，鄧文禮一心想要考慮得更周全一些，為此，他開始琢磨吸盤中的多糖組分，從提取、分離純化，到理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)分析等，做起了“一條龍”的盤查，還將這些多糖高級結(jié)構(gòu)放到原子力顯微鏡下觀測，對其粘附力進(jìn)行了測試。

2010—2012年，鄧文禮帶著這一時期的結(jié)果頻繁出現(xiàn)在學(xué)術(shù)會議上，從北京國際真空大會到珠海亞太材料研究學(xué)會國際會議，從全國掃描隧道顯微學(xué)學(xué)術(shù)會議到美國波士頓國際仿生工程大會，他的報告引起了國內(nèi)外同行的廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為在中國爬山虎研究中做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。

“我當(dāng)然不是國際上第一個研究爬山虎的。”采訪剛開始時，鄧文禮就先表明了立場。早在最初查閱文獻(xiàn)之際，他就發(fā)現(xiàn)，爬山虎的“粉絲”早在文藝復(fù)興后期就出現(xiàn)了，進(jìn)化論創(chuàng)始人達(dá)爾文也對之青眼有加。“那時候還沒有什么像樣的科學(xué)設(shè)備，達(dá)爾文利用爬山虎吸盤做承重實驗，發(fā)現(xiàn)即使是‘10歲’的老吸盤，也能夠掛住兩磅的重物。”說起來，鄧文禮2005年利用彈簧秤做驗證手段，也是受到達(dá)爾文思路的啟發(fā)。

“達(dá)爾文早期觀測爬山虎吸盤與表面的粘附作用力，得出了9.1N的最大值。我們測試出來是13.7N，后來德國研究團(tuán)隊的測試上限是14.1N。”在鄧文禮看來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，科學(xué)家所能突破的極限會越來越強(qiáng)。2012年11月，他帶著博士生楊小軍前往上海光源，利用其同步輻射（SR）技術(shù)測試分析天然吸盤和實驗室制備模板的結(jié)構(gòu)。“我們用光學(xué)顯微鏡觀測，只能看到一個表面；用透射電鏡、掃描電子顯微鏡也只能看出二維的結(jié)果，但利用同步輻射，可以看到一個三維立體的整體結(jié)構(gòu)。”

這使鄧文禮課題組成為世界上最先把大型同步輻射技術(shù)帶入爬山虎吸盤觀測的團(tuán)隊。這是他們能夠獲得一個良好基礎(chǔ)性結(jié)果的催化劑，也意味著他能夠?qū)Ω嗟膯栴}發(fā)起挑戰(zhàn)。

一年多前到北京時，鄧文禮與博士后合作導(dǎo)師白春禮院士有一段對話。“白老師跟我說，做這些研究的最大意義并不是認(rèn)識這些有趣的現(xiàn)象，而是要去挖掘這些現(xiàn)象的潛力，如何利用它們做一些以我們現(xiàn)有科技水平能夠應(yīng)用起來的東西。”白春禮院士的話正好引發(fā)了鄧文禮的共鳴。從研究爬山虎開始，他就一直想要做出能夠在實際應(yīng)用中真正發(fā)揮作用的新材料。這也是他在2013年就“從爬山虎吸盤粘附到新型功能材料創(chuàng)制”再次申請國家自然科學(xué)基金面上項目支持的出發(fā)點(diǎn)。

“在上一個面上項目中，我們回答了一些基本問題，也還有一些問題沒能解決。”務(wù)實的鄧文禮堅信路要一步一步走，在項目申請書上，他鄭重寫下擬解決的三大關(guān)鍵性科學(xué)問題：天然吸盤粘附作用與其結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的關(guān)系？模板制備和模板鑄造創(chuàng)制新結(jié)構(gòu)材料過程中的表面界面效應(yīng)和微尺度效應(yīng)？模板結(jié)構(gòu)調(diào)控和創(chuàng)制材料結(jié)構(gòu)調(diào)控、基質(zhì)材料選擇、表面化學(xué)修飾對創(chuàng)制材料性能的影響？

3個問號劃下來，鄧文禮的目標(biāo)很明確，就是在為新材料制備做準(zhǔn)備。經(jīng)過近3年的努力，在2017年，他們進(jìn)入挑選用于仿生制備的多種基質(zhì)材料，進(jìn)行設(shè)計合成及性能評估的沖刺階段。

只要還能發(fā)現(xiàn)問題，就會在爬山虎領(lǐng)域繼續(xù)鉆研下去。從不經(jīng)意間介入，到逐漸拓展成旗幟鮮明的系統(tǒng)研究，一點(diǎn)“癡念”令鄧文禮在爬山虎研究上走到如今。“科研人員對有趣的現(xiàn)象總會有興趣。成功之道是外人的說法，對我們來說就不斷嘗試的過程，思路走對了，看起來就是成功了，但我們還會繼續(xù)不斷做新的嘗試。”鄧文禮平靜地說。

合果芋，爬行植物家族的新成員

爬山虎是爬行植物家族的重要成員，但鄧文禮也沒有放棄探索家族中的新成員，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和粘附作用的合果芋，就是他的又一重要發(fā)現(xiàn)。

合果芋的莖節(jié)處有兩種類型的氣生根，幾個趨暗性的攀緣根用于基底粘附，單個向地性的營養(yǎng)根用于水和養(yǎng)分運(yùn)輸。氣生根的數(shù)目、尺寸受攀緣植物生長環(huán)境影響，營養(yǎng)根的尺寸至少是攀緣根的2倍。攀緣根在前期生長速度快，后期生長速度趨于平穩(wěn)，到達(dá)一定長度后，維持不變。攀緣基底的材質(zhì)不會影響氣生根的發(fā)育，氣生根能粘附在各種有機(jī)、無機(jī)基底上，但粘附強(qiáng)度因基底的質(zhì)地、粗糙度而有所不同。

幾年下來，針對合果芋的具體研究，他指導(dǎo)博士生楊小軍進(jìn)行了系統(tǒng)實驗，完成了開創(chuàng)性的工作。

測定之后，他們發(fā)現(xiàn)，在樹木基底上，合果芋氣生根粘附系統(tǒng)的抗拉強(qiáng)度與基底的直徑有關(guān)，基底直徑越大，粘附力越小。數(shù)據(jù)顯示，氣生根粘附系統(tǒng)單元的平均粘附力為11.3N，最大粘附力為22.5N；但在直徑小的樹木基底上，氣生根能纏繞在樹木周圍，最大粘附力可高達(dá)36.4N。

這種粘附特性，使合果芋的生長爬行變得獨(dú)特有趣。其氣生根的粘附是時間導(dǎo)向的由弱變強(qiáng)的多步過程。根冠能分泌粘液，誘導(dǎo)最初的弱粘附，同時具有潤滑作用，減少了氣生根伸長生長時與基底的摩擦。氣生根朝向基底一側(cè)產(chǎn)生大量單細(xì)胞根毛，直接負(fù)責(zé)氣生根的強(qiáng)粘附過程。應(yīng)用多種實驗技術(shù)，他們初步確認(rèn)了氣生根根毛分泌的粘液是一種多糖和蛋白的復(fù)合物。粘液的分泌和固化確保了根毛細(xì)胞與基底的界面粘附。而從結(jié)構(gòu)上看，根毛在基底表面的極度延伸，增加接觸粘附面積；根毛頂部形成特征結(jié)構(gòu)，與基底產(chǎn)生機(jī)械互鎖；根毛的多種形變，調(diào)節(jié)氣生根與基底的交互作用，這三者共同保證了粘附的有效性和穩(wěn)定性。

在器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察中，他們首次發(fā)現(xiàn)合果芋植物有獨(dú)特的螺旋帶狀根毛，與常規(guī)的脫水螺旋卷曲根毛不同，而且?guī)罡杉?xì)胞壁的螺旋開裂形成。掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡觀察確認(rèn)了螺旋帶狀根毛的普遍性與特殊性，螺旋結(jié)構(gòu)的方向一致為左手性。從功能上看，螺旋開裂根毛充當(dāng)能量分散單元，有效地延緩了風(fēng)、雨等外力負(fù)載下粘附的失效。經(jīng)過多次掃描電鏡實驗反復(fù)觀察，他們確立了合果芋氣生根根毛的螺旋開裂結(jié)構(gòu)的形成過程，涉及裂紋出現(xiàn)、裂紋擴(kuò)展和最終開裂3個步驟。根毛細(xì)胞壁具有層狀結(jié)構(gòu)，它的內(nèi)、外層纖維素微纖絲均以螺旋方式排列，這是螺旋開裂結(jié)構(gòu)形成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

在實驗中，他們創(chuàng)造性地采用膠帶粘拉法成功實現(xiàn)了根毛從管狀到螺旋開裂帶狀的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，證明外力能直接導(dǎo)致螺旋開裂根毛的形成。借助微納米力學(xué)測試系統(tǒng)，建立了單個根毛的拉伸力學(xué)性能測試方法，測定了單個根毛的最初開裂僅需80μN(yùn)的拉力，最終斷裂則需920μN(yùn)的拉力，在實驗觀察的基礎(chǔ)上闡明了根毛結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的動力學(xué)過程。根毛最初的開裂位點(diǎn)和最終的斷裂位點(diǎn)都具有隨機(jī)性，與根毛本身的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)缺陷位置密切相關(guān)。

他們的這項工作為新型爬行植物粘附體系研究推出了一個良好的開端，研究結(jié)果發(fā)表在德國的Planta雜志上。

傾情分子組裝

“從1993年到電子科技大學(xué)攻讀博士學(xué)位起，我就開始涉及分子組裝了。”在國內(nèi)，鄧文禮是最早進(jìn)入分子組裝領(lǐng)域的研究者之一。即使后來，在爬行植物研究上花費(fèi)了很大的精力，他對分子組裝依然興趣不減，將兩者一視同仁。

“我們有一雙眼睛和一雙手，但是分子、原子層次上的東西并不是我們能直接看得到、摸得著的。”看不見、摸不著，卻能夠讓人們對物質(zhì)的本質(zhì)認(rèn)識得更加透徹和清晰，只要想到在那個神秘的微觀世界里有那么多問題等著人們?nèi)グl(fā)掘，鄧文禮就覺得動力十足。

1993年，掃描隧道顯微鏡已經(jīng)問世11年了。但在電子科技大學(xué)想要做分子組裝，掃描探針顯微鏡（SPM），沒有！用于分析表征分子膜樣品的接觸角測量儀和橢圓偏振儀，沒有！就連實驗要用的Au（111）薄膜基底材料，都得去位于永川地區(qū)的44所制備！

實驗條件這么簡陋，怎么辦？鼓起勇氣，克服！鄧文禮的勇氣，來自于導(dǎo)師姚熹院士的鼓勵。“剛?cè)雽W(xué)不久，姚老師就專程從西安交通大學(xué)趕過來給我們作了一場專題學(xué)術(shù)報告。”鄧文禮回憶道。

作為國際知名的材料科學(xué)家，姚熹院士是我國鐵電陶瓷研究方面的主要奠基人之一，在電子陶瓷科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新方面有突出的建樹。然而，與科研成績相比，更值得稱道的是，他曾用1年10個月的時間取得美國賓西法尼亞州立大學(xué)固態(tài)科學(xué)博士學(xué)位，成為該校獲此專業(yè)學(xué)位用時最短的一位學(xué)生，也是改革開放以來第一位在美國獲得博士學(xué)位的中國學(xué)者。同時，由于解決了世界各國科學(xué)家們長期關(guān)注卻一直未能解決的一個有關(guān)鐵電陶瓷領(lǐng)域的難題，他也被國內(nèi)外同行譽(yù)為“最富創(chuàng)造性的、極其勤奮的學(xué)者”。

在那次的報告里，姚熹院士就以自己在美國的科研經(jīng)歷為例，明確提出對待科學(xué)研究，一定要報以最大的熱情，“不做則罷，要做就要做到最好，做到世界第一”。

“這個報告，給了我很大的啟發(fā)和鼓舞。”鄧文禮說。在隨后的博士時光中，他兢兢業(yè)業(yè)地投入到分子組裝研究里。除了前文提到的44所，四川大學(xué)和位于重慶的24所，都是他借助實驗的“寶地”。為了將博士論文盡力“做到最好”，他還兩次從成都前往北京進(jìn)行論文實驗，分析測試自組裝分子膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)、薄膜厚度、表面潤濕性等，每一次幾乎都要花上半個月的時間。中國科學(xué)院化學(xué)所、北京大學(xué)和中國科學(xué)院電子所，都曾留下他埋頭苦干的身影。

即使80%的實驗工作都要在校外完成，鄧文禮還是不到3年就完成了博士學(xué)位論文。“那時候國內(nèi)還很少有人專門去做分子組裝”，寥寥一句，他就帶過了那段時間所需要克服的困難。“副導(dǎo)師楊大本教授也經(jīng)常跟我說，遇到的困難越多，取得的進(jìn)步越大。”顯然，鄧文禮也牢牢記住了這一點(diǎn)。后來，他博士期間的研究成果在多家期刊發(fā)表了一系列論文，并受邀在IEEE的多次國際會議上交流研究結(jié)果。他在以自己的實際行動向?qū)焸冎戮础?/p>

與白春禮院士結(jié)識，就是在這段“流浪科學(xué)家”的旅程中。1994年，在時任中國科學(xué)院化學(xué)研究所副所長白春禮的支持下，鄧文禮踏踏實實地在該所STM實驗室做了近兩個星期的實驗，那里的掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡幫了他的大忙，觀察起硫醇分子在Au（111）表面自組裝分子膜的微觀結(jié)構(gòu)，事半功倍，且取得了預(yù)期的結(jié)果。而他的表現(xiàn)，也得到了白春禮的賞識，并于1996年1月正式投入其麾下，進(jìn)行博士后研究。

白春禮是我國掃描隧道顯微學(xué)的開拓者之一，也是國際STM方面有重要影響和活躍的科學(xué)家之一。長期站在前沿研究上，令他對國內(nèi)外的熱點(diǎn)研究十分敏感，經(jīng)常將納米科技和掃描探針顯微技術(shù)方面的最新研究成果介紹給實驗室成員，開闊他們的視野，勉勵他們保持對前沿創(chuàng)新的熱情。

“他要求我們選擇的課題必須具有創(chuàng)新性，能夠通過完成課題使研究水平和科研能力得以進(jìn)步，做出在國內(nèi)乃至國際具有競爭力的工作。”直到現(xiàn)在，鄧文禮還記得這位合作導(dǎo)師的諄諄教導(dǎo)。“我的老師是科學(xué)精神非常高的人，他堅持授之以魚不如授之以漁。在他看來，我教會你打漁的方法，你自然什么樣的魚都能捕得到了。”

在導(dǎo)師的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求下，鄧文禮在分子組裝研究上迅速地成長起來。他以烷基二硫醇雙功能基鏈形分子為橋梁，利用其在固態(tài)表面進(jìn)行分子組裝，將形成的單層分子膜在進(jìn)行表面化學(xué)修飾，最終形成多層異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，并提出“分子橋”概念。

研究結(jié)果一經(jīng)發(fā)表，便立刻引起了同行的廣泛關(guān)注。而鄧文禮也愈發(fā)想要走出國門，去外面的世界看一看。1998年9月，他登上了由北京到日本的飛機(jī)。此后6年，從日本筑波科學(xué)城到美國華盛頓州立大學(xué)，他完成了一個新的飛躍。尤其是在超高真空條件下研究金屬卟啉衍生物分子在Au（111）表面的組裝構(gòu)筑方面，他以單層分子膜為介質(zhì)，考察掃描隧道顯微學(xué)中針尖與樣品的分離，尋求針尖與樣品的距離變化隨隧道電流和樣品偏壓改變的依賴關(guān)系，測試了研究體系的軌道媒介隧道譜。當(dāng)J.Phys.Chem.B論文評審專家收到這項工作，也為之贊嘆，認(rèn)為這是對掃描隧道顯微學(xué)的一個新的重要的貢獻(xiàn)。

鄧文禮在分子組裝上多年的積累終于破繭而出。

捷報頻傳

“納米技術(shù)與分子科學(xué)實驗室”成立以來，鄧文禮一直堅持精益求精，力求做出更多更好更具水準(zhǔn)的工作。2016年的捷報頻傳，無疑是鼓舞了整個團(tuán)隊的士氣。

“第一項工作是由博士生胡懿和博士后許莉等具體完成的。”鄧文禮介紹說。他們利用合成單碳鏈取代的蒽醌衍生物，在石墨表面構(gòu)筑出兩種結(jié)構(gòu)，之后就對其進(jìn)行深入觀察。當(dāng)這些特殊結(jié)構(gòu)在掃描隧道顯微鏡下觀察時，有人覺得其中一個結(jié)構(gòu)的形狀有點(diǎn)像“中國結(jié)”。鄧文禮觀察后，也認(rèn)為它的確與中國結(jié)對得上。他又特意去查閱了資料，發(fā)現(xiàn)中國結(jié)起源于舊石器時代（距今300萬年到1萬年）的織物打結(jié)，推廣于漢朝的禮儀記事，盛傳于清朝的民間藝術(shù)，是中華民族悠久歷史和燦爛文明的一個典型縮影。“這個名字一定要用好”，鄧文禮一錘定音。

能把現(xiàn)實的“中國結(jié)”和“麥穗”構(gòu)筑到分子納米尺度上，鄧文禮課題組在國際上拔了頭籌。通過分子組裝技術(shù)，將納米科學(xué)、中國傳統(tǒng)藝術(shù)品和自然植物的結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣的構(gòu)想是一種顯著的創(chuàng)新，這種關(guān)聯(lián)使得學(xué)術(shù)研究在多了幾分新穎性的同時又保持其原有的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性。但是，無論是分子納米尺度的手性“中國結(jié)”，還是非手性“麥穗”結(jié)構(gòu)，他們想做的都不只是構(gòu)筑結(jié)構(gòu)。為了深入分析，他們試圖從各種弱鍵（范德華力、氫鍵、偶極作用、靜電作用等）的相互協(xié)同與競爭關(guān)系出發(fā)，對這兩種結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理進(jìn)行探究。

“我們想知道究竟是什么誘導(dǎo)了這種手性與非手性結(jié)構(gòu)的形成，后來發(fā)現(xiàn)是分子間氫鍵與偶極作用共同造成的。如果改變碳鏈長度、溶劑極性、溶液濃度等因素，則能夠?qū)崿F(xiàn)手性與非手性結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控。”令鄧文禮團(tuán)隊振奮的是，這種誘導(dǎo)機(jī)制從未被文獻(xiàn)報道過。對于這一發(fā)現(xiàn)，英國皇家化學(xué)學(xué)會旗下的CrystEngComm雜志十分重視，特別將其選為封面文章報道。

他們的第二個好消息要追溯到2014年發(fā)表的一項成果。當(dāng)時，博士生查寶和副研究員苗新蕊等設(shè)計合成了鹵代噻吩并菲衍生物，并發(fā)現(xiàn)利用溶液濃度可以調(diào)控分子間的鹵鍵密度。隨著研究深入，他們在最新的實驗中，首次發(fā)現(xiàn)分子間鹵鍵的形成與官能團(tuán)的位置和伸展取向有關(guān)。這里所說的“有關(guān)”表現(xiàn)為三重含義。首當(dāng)其沖的，就是他們通過理論計算模擬表明，鹵代噻吩并菲分子中酯基官能團(tuán)的取向影響鹵素原子的電荷分布，從而誘導(dǎo)分子間異質(zhì)鹵鍵形成。繼而，他們又發(fā)現(xiàn)，可以通過改變分子結(jié)構(gòu)中鹵代基團(tuán)而構(gòu)建不同的鹵鍵作用方式，借助改變組裝微環(huán)境（溶劑和溶液濃度）從而調(diào)控分子在固液界面自組裝結(jié)構(gòu)的多樣性。與前一項工作相似的是，分子間偶極作用和范德華力的協(xié)同誘導(dǎo)，也是促成穩(wěn)定的手性自組裝結(jié)構(gòu)形成的誘因。

如此一來，他們就為研究超分子體系中多重鹵鍵的識別、多種弱鍵作用協(xié)同與競爭的組裝機(jī)制以及組裝微環(huán)境的變化，直接亮出了實驗證據(jù)。2016年7月10日，J.Phys. Chem.Lett.表示已經(jīng)收到他們的投稿；8月2日，評審組對其工作作出了高度評價；8月7日，該雜志以7頁的篇幅進(jìn)行了詳細(xì)報道并選為“亮點(diǎn)文章”，而在這種“快報”性質(zhì)的雜志上，能夠毫無壓縮地展示一項工作實屬難得。文章發(fā)表后，鄧文禮收到了多封來自國際同行的E-mail，有人表示想來他的實驗室交流，還有人邀請他前往自己的實驗室參觀。

“我們課題組的規(guī)模還不大”，鄧文禮說。的確，到2009年，整個納米技術(shù)與分子科學(xué)實驗室也不過是個只有7名教師和25個流動人員的“小集體”。但自2010年以來，這個小集體在多項國家自然科學(xué)基金面上項目和青年基金項目的支持下，完成了一系列頗具創(chuàng)新性的探索工作，先后報道了主客體組裝構(gòu)筑蜂窩狀結(jié)構(gòu)、芴酮衍生物通過弱鍵競爭誘導(dǎo)組裝結(jié)構(gòu)、分子—溶劑間范德華作用力構(gòu)筑并調(diào)控手性組裝結(jié)構(gòu)、分子—溶劑間氫鍵構(gòu)筑異質(zhì)手性組裝體、多重氫鍵的形成及其對芴酮衍生物組裝行為的影響等，發(fā)表研究論文50余篇。

近來，他又在探索噻吩并菲發(fā)光結(jié)構(gòu)單元的苯乙炔撐大環(huán)低聚物的合成與組裝行為。“我們合成出了3，6—噻吩并菲衍生物，并在深入研究時發(fā)現(xiàn)該分子具有光敏感特性，可望在太陽能電池敏化材料研究中發(fā)揮作用。”為此，他提出了“苯乙炔撐噻吩并菲大環(huán)衍生物的設(shè)計合成與液晶態(tài)和組裝構(gòu)筑特性探索”項目申請。在國家自然科學(xué)基金面上項目的支持下，該項目已經(jīng)在2016年1月啟動，目前進(jìn)展順利。

采訪后記：

科研應(yīng)該怎么做？

20年前，鄧文禮收到博士后導(dǎo)師白春禮的一張便條，上面寫著：“鄧文禮，想想我說的三件事。”至今，鄧文禮依然牢記這“三件事”：自信、挑戰(zhàn)精神、毅力。

早期做爬山虎研究時，他面臨的最大問題就是科研經(jīng)費(fèi)不足。最起碼的，做實驗要買試劑和材料吧。“我的學(xué)生去采集爬山虎吸盤樣品，但是靠個人的力量，一天根本采不了多少。”鄧文禮說，后來他們想了個辦法，發(fā)動在校學(xué)生們?nèi)ゲ杉儆伤ㄥX把樣品買回來。“采集1克給10塊錢，我們靠這法子采集1000克，也就是1萬塊。”在2008年，1萬塊錢對他來說也不是一個小數(shù)字，研究經(jīng)費(fèi)欠缺了，他就從工資里掏錢墊付，然而多少年過去，那些墊付也只能是墊付。

“有條件要做工作，沒有條件創(chuàng)造條件也要把工作做好”，在鄧文禮眼中，沒有過不去的“火焰山”。第一次見到鄧文禮時，記者有幸讀到他寫的一闋小令：人生變老天不老，年年冬至，今又冬至，團(tuán)隊英才立壯志。一年一度寒風(fēng)冽，不似盛夏，勝似盛夏，大江南北暴雪下。

這是他在2015年冬至日的隨筆之作。在他心里，只要能夠在感興趣的問題上不斷地挑戰(zhàn)，數(shù)九寒冬中也能迸發(fā)出盛夏的熱情。

“全世界有那么多廚師，哪怕原材料一樣，經(jīng)過他們各自的做法，出來的也是不同風(fēng)味的佳肴。”他相信，只要心存“做到更好”的信念，就可以找到更具新意的角度，做出具有國際競爭力的高水平研究。

采訪當(dāng)天，鄧文禮正準(zhǔn)備晚上與指導(dǎo)的博士生、碩士生聚餐。其中，參加“中國結(jié)”構(gòu)筑的胡懿，才讀到博二就已經(jīng)發(fā)表了5篇文章，馬上就要作為聯(lián)合培養(yǎng)對象去歐洲比利時學(xué)習(xí)。開展鹵鍵研究的查寶，馬上要畢業(yè)了，鄧文禮正在為他的未來盤算。

以項目來培養(yǎng)學(xué)生，鄧文禮很為學(xué)生操心。他總是說自己深受師恩，也要對學(xué)生們傾囊相授。盡管自稱“工作狂”，鄧文禮并不是生活中只看得到工作的人。他習(xí)慣思考，喜歡閱讀和寫作。2013年年底，他撰寫的專著《我的科教思考》出版，書中錄入了他幾十年來在科研、教學(xué)和人才培養(yǎng)等方面的獨(dú)到見解，希望能與更多人分享交流。而現(xiàn)在，他也在琢磨著新書的出版，“是跟詩有關(guān)的”，鄧文禮說。每每提到他所感興趣的事情，無論是科研、教學(xué)還是寫作，他的目光總會變得灼熱。