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張玉奎:前沿弄潮科研人

時間:2021年09月17日 作者:卜葉 來源: 中國科學報

 

戰火中出生、新中國成長、從事科研近六十載,中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱大連化物所)研究員張玉奎為推動我國分析科學的發展作出了卓越貢獻,是中國色譜領域的先驅者之一。

913,張玉奎八十壽誕之際,在分離測量化學前沿論壇上,他說,“學海無涯,不學則罔;形勢逼人,不進則退”,以此勉勵后輩繼續攻堅克難,向實現高水平科技自立自強不懈奮斗。

讓“色譜”跳出中國韻律

1965年,剛走出南開大學校門的張玉奎來到大連化物所,跟隨分析化學家盧佩章進行色譜基礎理論研究。

在盧佩章的指引下,張玉奎將研究重心鎖定在液相色譜研究領域。液相色譜利用不同物質流經色譜柱的運動速度不同,由此在屏幕上產生起起伏伏的波浪線,來判斷樣品組分。

閱讀文獻是科研的一項基本功。這讓從小到大學習俄語、從未接觸過英語的張玉奎犯了難,捧著一本本英文文獻像看“天書”一般。

但他并未有絲毫退卻之意,“誓要啃下這塊硬骨頭”。于是,他買來英漢詞典,一個單詞一個單詞地查,利用業余時間參加補習班,加之通過在德國短期的學術交流,終于掌握了這門語言。等到在國際會議流利主持、與各國友人對答如流時,國外科研人員非常驚訝,追問秘訣。張玉奎自豪地說,“在中國學的”。

在語言的加持下,張玉奎的科研工作如魚得水。經過長期的實驗和分析,他發現色譜過程中影響分離行為的分子結構因素,建立了系統的色譜熱力學研究方法,此外,還闡明了影響色譜峰展寬和峰形對稱性的動力學因素,證實高效液相色譜中保留時間與半峰寬之間存在定量關系。

張玉奎深知,“理論研究是為了解決實際問題”。上世紀90年代末,張玉奎開始負責高效液相色譜儀的研制與開發。

當團隊開發出P200-II型等高效液相色譜儀時,張玉奎看到國產色譜儀跳出起起伏伏的韻律,他欣喜不已。該色譜儀也于2000年通過ISO9001認證,當年銷售百余臺,進一步提高了國產儀器的市場占有率。

邁向“智能”色譜時代

上世紀70年代,大規模集成電路計算機初興,張玉奎隱約意識到這個“新家伙”在科學研究中的重要意義。

在盧佩章的鼓勵下,他開始學習編程。“計算機的存儲技術能夠將一個個色譜‘波浪’存儲起來,節省物理空間,同時方便檢索、查閱。”

但當時的內存條存儲空間很小,且價格昂貴。為了在有限的空間存儲更多的數據,張玉奎根據拖尾指數修正的高斯函數,利用當時研究室僅有的Z80計算機,開始了色譜流出曲線計算機模擬的艱難探索。

當時對解析誤差函數一竅不通的他,從公式學起,不斷請教領域內的專家,發現潛在解決方案便沒日沒夜“趕工”,查看效果。

“只要碰上同事們集中用電,計算機就極其容易死機,之前編寫的程序就得重新來過,所以我就寫一點趕緊保存一下。”張玉奎回憶。

后來,為了提高效率,張玉奎“錯峰”工作,抓住同事們上班前和下班后的空當編寫程序,白天進行常規的液相色譜研究。同事調侃,如果在實驗室看不到張玉奎,那就去“機窩”找他,他肯定在。

不負眾望,張玉奎編寫出色譜流出曲線擬合軟件,實現對色譜峰型變化規律的定量描述,為色譜數據處理和存儲提供了全新的方法。

此后,張玉奎將串聯優化指標與智能搜索優化方法結合用于復雜樣品的分離條件優化,以大量的事實驗證了知識庫的正確性和可靠性,開發出液相色譜專家系統。

如今,全世界的色譜儀無不與計算技術緊密相連,計算機這個“新家伙”早已變成色譜人的“老朋友”。

與計算科學的深情擁抱,也讓張玉奎深深意識到學科交叉、學術交流的重要性。為了在更大范圍內促進領域交流,1984年,在他和盧佩章等人的倡議下,《色譜》雜志創刊。經過多年的苦心孤詣,《色譜》不僅獲得“中國精品科技期刊”等榮譽稱號,還在中國科學技術信息研究所發布的引證指標排名中名列前茅。

心系學科發展和人才培養

蛋白質在生命活動中至關重要,有些蛋白質還是研究疾病機理和預防診治藥物等的直接靶點。上世紀末,一場生命科學領域的“淘金熱潮”——蛋白質組學興起。

時任大連化物所副所長的張玉奎十分注重學科規劃和人才培養工作,早就捕捉到這一趨勢。

1995年,張玉奎建議一門心思搞化學的大連化物所研究員張麗華多學習生物化學知識,還送張麗華去國外“取經”。

三年在德國、日本頂尖科研機構的學習,大大提高了張麗華的專業水平。

1998年,已過知天命之年的張玉奎重回實驗室,再次創業,組建研究組,瞄準國際前沿的蛋白質組領域開始全新的探索。創業彌艱,張玉奎邀請張麗華回國。

“回國后,聽到張老師說,組里學生不知道生物樣品不能長時間在室溫放置,因而導致蛋白質分離時峰越來越多時,我心里十分難過。”張麗華回憶說。

此后,張麗華以極大的熱情投入科研中,成長為課題組組長,獲得國家自然科學獎二等獎、國家杰出青年科學基金項目資助等榮譽。除了培養內部人才,張玉奎還利用國外短期學術交流的機會,為中國留學生回國從事科研、報效祖國鋪路架橋。

蛋白質領域的二次攀登

事實證明了張玉奎選擇的正確性、前瞻性。如今,蛋白質已成為21世紀最大的研究方向之一,是國際生物科技的戰略制高點和競爭焦點。

膜蛋白質是一類重要蛋白。越來越多的研究證明,膜蛋白質還是重要的藥物靶點,約有70%的藥物靶點為膜蛋白質。然而,膜蛋白質溶解度低,難以提取。

團隊通過大量實驗研究離子液體與膜蛋白質相互作用的機理,最終將離子液體用于膜蛋白質提取,顯著提高了蛋白質組分析覆蓋度。

“張老師十分重視實驗數據和文獻閱讀,他認為很多科研難題的答案就藏在這些一閃而過的數據和階段性的研究結果中,因此經常詢問和檢查實驗記錄和文獻閱讀情況。”大連化物所研究員梁振說。

此后,團隊又突破了高效二維生物色譜系統、在線蛋白質預處理系統、超高壓微納液相色譜系統等一系列難題。

長期超負荷的工作,嚴重損傷了張玉奎的身體,但他依然事事以工作為重。2004年,完成心臟支架手術后不久,他便不顧醫生和親友的反對,乘上了赴京參加學術交流的飛機。

隨著研究的深入,張玉奎認為,要理解生命活動過程,還需要明確蛋白質含量的變化情況,更艱難的研究開始了。

年至耄耋,張玉奎依然很忙碌,從早到晚參加團隊組會,關心研究組的科研進展,也像家長一樣關心愛護著每一位成員。學生的家長不在大連,他會以家長的身份關心他們的生活;組員的科研遇到阻礙,滿心抱怨找到他,他總會抽出時間,耐心開導,讓組員帶著輕松的心情離開……

“只要你們有發展、發展得好,我就高興!”這是張玉奎說得最多的一句話。

《中國科學報》(2021-09-165版文化周刊)

來源:

http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/9/365382.shtm

 

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