文 |《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者 張晴丹
(相關(guān)資料圖)
幾年前，江志偉的朋友從國(guó)內(nèi)給他帶了一瓶茅臺(tái)，他當(dāng)時(shí)發(fā)下宏愿，啥時(shí)候發(fā)頂刊了就喝。沒想到今年9月初便已喝光，月末卻沒得喝了。
因?yàn)?，他在一個(gè)月內(nèi)竟然兩登頂刊！
8月31日，以英國(guó)倫敦瑪麗皇后大學(xué)研究員江志偉為第一作者的論文發(fā)表在Nature上；9月29日，他首次做通訊作者的論文發(fā)表在Science上。合作公司、科學(xué)界同行、所任職的學(xué)校……皆為他送來稱贊與祝賀。
從開始讀博至今正好10年，他當(dāng)初“誤打誤撞”入了圈，現(xiàn)在帶著情懷做科研。這兩篇論文發(fā)表后，他在朋友圈寫道：“人生命運(yùn)的改變有時(shí)就是這么突然，柳暗花明，越過山丘，之后又是另外一番天地！”
令科學(xué)界驚嘆的“膜”
5年前，在美國(guó)參加2017年世界膜會(huì)議（ICOM）時(shí)，江志偉第一次有了一個(gè)構(gòu)想。
“將環(huán)糊精有序排列，使其能夠形成一個(gè)通道，讓它在膜里面得到很好的運(yùn)用。”
什么是環(huán)糊精？它是大環(huán)分子的一種，有著穩(wěn)定而奇特的空腔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以為超分子化學(xué)材料領(lǐng)域研究帶來無限遐想空間。
在石油、化工、制藥等工業(yè)應(yīng)用中，分離技術(shù)必不可少，傳統(tǒng)分離工藝的能耗是一個(gè)大問題。而膜分離技術(shù)可以大大降低能耗，獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益，因此被業(yè)界十分看好。
在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)不同需求來調(diào)控膜孔徑。比如在制藥提純中，需要把瞄準(zhǔn)的幾個(gè)分子分開，這些分子的尺寸大小可能極為相近，那么膜孔徑就要卡在兩個(gè)相近尺寸的中間。假設(shè)一個(gè)分子是0.5納米，另一個(gè)是0.7納米，那么膜孔徑就必須控制在0.6納米，這樣才可以把兩個(gè)分子進(jìn)行分離。
然而，要在納米尺度上對(duì)膜孔徑進(jìn)行精準(zhǔn)“改造”一直是個(gè)世界難題，江志偉的這個(gè)構(gòu)想或許能給出解答。
這里面涉及到化學(xué)上的“改性”，把環(huán)糊精的一端，用一個(gè)化學(xué)官能團(tuán)改造另一個(gè)官能團(tuán)，以實(shí)現(xiàn)有序排列。但江志偉是學(xué)化學(xué)工程的，并不精通有機(jī)化學(xué)方面的知識(shí)。
于是，他找到了當(dāng)時(shí)還是同組博士后的董瑞蛟（現(xiàn)為上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院副教授，也是Nature這篇論文的共同第一作者）討論可行性，半年后拿到了董瑞蛟合成的第一批產(chǎn)物，旅程從此開啟。
他們的分子設(shè)計(jì)非常巧妙，成功使大環(huán)分子的內(nèi)腔連接起來，在厚度小于10納米的超薄膜中形成膜孔，可以精細(xì)篩分相近尺度的分子。
膜分離技術(shù)已經(jīng)在海水淡化分離中得到了很好地應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)化。但它在極具挑戰(zhàn)的原油分離領(lǐng)域一直難有突破，原因在于缺乏高效的膜材料。
與海水分離相比，原油分離時(shí)的溫度和壓力等環(huán)境因素更加惡劣，所以對(duì)膜材料的要求非常高。而很多聚合物膜在原油分離中的性能并不理想。
他們把目光集中到如何改性聚酰胺超薄膜。“海水淡化使用的就是它，該材料已經(jīng)在反滲透領(lǐng)域大面積工業(yè)化應(yīng)用。我們就在想它是否能作為原油分離的一款膜，因?yàn)樗膬?yōu)勢(shì)是特別薄，但它的缺點(diǎn)是受到膜本身親水性能的限制。”江志偉在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。
要增加膜材料的疏水性能談何容易。這里面有一個(gè)難點(diǎn)。
“我們想把自組裝團(tuán)聚體引入到一個(gè)厚度只有10納米的薄膜中，但這類團(tuán)聚體的體積直徑通常是100納米～500納米，引入到薄膜中可能會(huì)產(chǎn)生一些缺陷。”Science這篇論文的第一作者、帝國(guó)理工學(xué)院博士李思瑤在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。
李思瑤 受訪者供圖
所以，在實(shí)驗(yàn)之初，她做出的幾十張膜中，成功的寥寥無幾。但這并未打擊團(tuán)隊(duì)的積極性。
經(jīng)過不斷地嘗試和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，他們最終將合成出的一種自組裝團(tuán)聚體順利引入到傳統(tǒng)的界面聚合中，有效地提高了聚酰胺超薄膜的疏水性能，并在原油分離中實(shí)現(xiàn)了高通量和高選擇性。
“思考的過程最有意思，科研需要一種頂層設(shè)計(jì)。這兩篇文章讓我引以為傲，并不是因?yàn)槠诳?jí)別之高，而是因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)計(jì)無比精妙。”江志偉說。
投Nature和Science有啥訣竅？
在Nature上，關(guān)于膜的文章，全球總共也沒有幾篇，投稿可謂難上加難。
2021年5月21日，江志偉向Nature投稿，不出意料地也遭遇了不小的阻力。其中最棘手的審稿意見是認(rèn)為他們?cè)O(shè)計(jì)的膜不能產(chǎn)業(yè)化。對(duì)此，江志偉表示不服。
“我認(rèn)為Nature核心價(jià)值是基礎(chǔ)科研，應(yīng)當(dāng)重視一項(xiàng)研究里面的科學(xué)問題，是否解決了本領(lǐng)域里的科學(xué)難題，而不僅僅是專注于工業(yè)化的前景。”江志偉說。
他介紹，文章中其實(shí)也涉及到了工業(yè)應(yīng)用的場(chǎng)景，如在藥物提純上的應(yīng)用，并與商用膜做過對(duì)比，而并非一篇純理論研究的文章。
同時(shí)，在文章中他們已然進(jìn)行了放大實(shí)驗(yàn)——做出A4紙大小、厚度小于10納米的超薄膜，以此證明成果能夠被放大，有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的前景。于是他據(jù)理力爭(zhēng)，并得到了編輯的首肯，編輯對(duì)這項(xiàng)研究非?？春茫罱K表示可以發(fā)表。
兩篇文章為什么能撞在一個(gè)月內(nèi)在兩大頂刊相繼發(fā)表呢？這其中有一個(gè)小插曲。
早在2022年2月初，江志偉就已經(jīng)把計(jì)劃投Science的最后一稿提交給自己的導(dǎo)師、帝國(guó)理工學(xué)院教授Andrew Livingston（現(xiàn)為英國(guó)倫敦瑪麗皇后大學(xué)副校長(zhǎng)）。需要他最后修改后才能投出。然而身兼數(shù)職的Livingston十分忙碌，改稿一拖再拖。
“3月15日的一場(chǎng)國(guó)際會(huì)議上，我看到沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在做一個(gè)石油分離的項(xiàng)目，推斷他們的文章投的也是Science，狀態(tài)應(yīng)該已進(jìn)入審稿程序。在我當(dāng)時(shí)的認(rèn)知里，Science不會(huì)在短期內(nèi)接收兩篇同一個(gè)方向的文章，所以我感受到相當(dāng)大的壓力。”江志偉回憶道。
會(huì)議一結(jié)束，他立馬給Livingston寫郵件告知此事，“導(dǎo)師聽后也慌了！”僅不到兩個(gè)小時(shí)后，導(dǎo)師便將稿改好后返回來，而且?guī)缀鯖]什么改動(dòng)。確認(rèn)無誤后，當(dāng)天下午江志偉就將文章投給Science。
與發(fā)Nature相比，發(fā)在Science的這篇算是一路暢通。在逐個(gè)詳細(xì)地回答審稿人所提問題，并補(bǔ)充了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，文章很順利地被接收。
很有意思的是，兩篇文章還有數(shù)字上的巧合。Nature文章被正式接收是2022年6月28日，Science文章的正式接收時(shí)間是2022年8月26日。
在兩大頂刊的投稿經(jīng)歷中，江志偉總結(jié)出一套“通關(guān)”秘笈。
圖片江志偉 受訪者供圖
在他看來，Nature和Science有著不同的基調(diào)，這或許與兩個(gè)期刊分屬不同國(guó)家和地區(qū)有關(guān)。因此，除了要提供非常扎實(shí)且全面的科研內(nèi)容和數(shù)據(jù)外，投兩個(gè)期刊時(shí)還有完全不同的寫稿策略。
“Science的風(fēng)格就像修長(zhǎng)城一樣，看上去宏偉壯觀，而且又特別實(shí)用，但細(xì)節(jié)并不是非常精美。所以我們?cè)趯懳恼碌臅r(shí)候以應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，來講海水淡化、原油分離以及如何節(jié)省能源，后面再講如何去設(shè)計(jì)。”江志偉表示。
“而Nature就像核雕似的，看起來非常小的東西，但卻異?？季?。景致、人物、門窗所有的這些小細(xì)節(jié)都是精心雕琢而成，環(huán)環(huán)相扣，連表面都是經(jīng)過多次打磨，最終形成的藝術(shù)品非常精美，每個(gè)細(xì)節(jié)都透露出一種設(shè)計(jì)感。”江志偉認(rèn)為，Nature更注重基礎(chǔ)研究，所以他們?cè)趯懳恼聲r(shí)開門見山就是在膜中如何形成孔，后面逐漸展開形成孔的過程中會(huì)遇到哪些問題，圍繞這個(gè)科學(xué)問題去提出他們的解決方案，附帶應(yīng)用的場(chǎng)景。
一切源于“機(jī)緣巧合”
Science這篇文章是江志偉第一次做通訊作者，也是他第一次指導(dǎo)博士生。這源于與李思瑤的相遇。
4年前，他總需要去隔壁課題組借用真空烤箱。但有一天，那個(gè)課題組實(shí)驗(yàn)室的門鎖了，于是他只能去其他實(shí)驗(yàn)室碰碰運(yùn)氣。
“在去的路上恰好碰到李思瑤，那會(huì)兒她正在隔壁課題組讀碩士，雖曾經(jīng)見過幾次，但從未說過話。我問她是否知道實(shí)驗(yàn)室門鎖密碼，她說知道。然后我倆就一起折返回他們的實(shí)驗(yàn)室。”江志偉回憶道。
“在閑聊時(shí)，我無意中說起了自己想讀博，但由于申請(qǐng)晚了，很多地方都已截止，申請(qǐng)的新加坡國(guó)立大學(xué)等還在等結(jié)果。沒想到志偉說他們組正好有一個(gè)博士的空位急需找人填上，問我是否愿意去嘗試一下，我聽后很開心并主動(dòng)給Livingston發(fā)郵件自薦。”李思瑤說。
于是，她順其自然地面試、進(jìn)組。而當(dāng)時(shí)在Livingston課題組做博士后的江志偉，成了她科研的領(lǐng)路人。
“導(dǎo)師平時(shí)工作實(shí)在太忙，我們能見到他的時(shí)間很有限。兩三周才見一次。志偉就是我日常的小導(dǎo)師，指導(dǎo)我做研究、寫論文。Nature的那篇文章我也有參與，是我當(dāng)時(shí)入門的一個(gè)課題，我在里面學(xué)到了很多。也正是基于這些，后來才有了我以一作身份發(fā)表的Science文章。”李思瑤說。
和李思瑤一樣，江志偉拿到博士的名額也是一場(chǎng)“機(jī)緣巧合”。
“那年，我本碩連讀畢業(yè)，投了許多學(xué)校的博士申請(qǐng)。等到4月份的時(shí)候，唯獨(dú)只剩下帝國(guó)理工學(xué)院沒有回復(fù)郵件，屬于未知狀態(tài)。我的妻子極力鼓勵(lì)我直接打電話問問。”江志偉說。
那是他人生中第一次那么主動(dòng)，沒想到居然接通了。電話那頭說：“你申請(qǐng)的是能源方向，我給相關(guān)的老師看過了，沒人有經(jīng)費(fèi)，現(xiàn)在你的申請(qǐng)又回到了我這里。”
接下來，那個(gè)人突然說出了改變江志偉一生的一句話：“不過，前兩天系主任來問了一下你的申請(qǐng)，好像對(duì)你有點(diǎn)意思。”
“我就抓住了這句話，趕緊查系主任是誰。一看叫Andrew Livingston，是做膜的，緊接著我就給他發(fā)了郵件，說自己雖然投的是能源方向，但對(duì)膜也特感興趣，其實(shí)我當(dāng)時(shí)對(duì)膜一無所知。”江志偉回憶道。
Livingston沒回郵件，但一周之后他的秘書聯(lián)系了江志偉，并約了面試。面試中最難的一個(gè)問題是，“你到現(xiàn)在的科研經(jīng)驗(yàn)都集中在模擬方面，但這個(gè)崗位是要做實(shí)驗(yàn)的，你怎么辦？”
江志偉的回答完全出乎所有人意料！
“我在實(shí)驗(yàn)方面是做的不多，但我每天自己做中餐，而且味道很不錯(cuò)，這可比做實(shí)驗(yàn)要復(fù)雜多了。”
Livingston聽了后笑著說：“那你來組里給大家做一頓吧。”他就這樣通過了面試。
如今十年過去了，江志偉也于近期獲得英國(guó)未來領(lǐng)軍人才計(jì)劃（Future Leaders Fellowships），成為了一名獨(dú)立研究員（PI），并建立了自己的科研團(tuán)隊(duì)，將繼續(xù)帶領(lǐng)著他們?cè)?ldquo;膜”界馳騁。
參考鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05032-1
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq0598
