【中国科学报】张玉奎:前沿弄潮科研人

  来源:《中国科学报》

  发布时间:2021-09-16

张玉奎在做报告。

  ■本报记者 卜叶

  战火中出生、新中国成长、从事科研近六十载,中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)研究员张玉奎为推动我国分析科学的发展作出了卓越贡献,是中国色谱领域的先驱者之一。

  9月13日,张玉奎八十寿诞之际,在分离测量化学前沿论坛上,他说,“学海无涯,不学则罔;形势逼人,不进则退”,以此勉励后辈继续攻坚克难,向实现高水平科技自立自强不懈奋斗。

  让“色谱”跳出中国韵律

  1965年,刚走出南开大学校门的张玉奎来到大连化物所,跟随分析化学家卢佩章进行色谱基础理论研究。

  在卢佩章的指引下,张玉奎将研究重心锁定在液相色谱研究领域。液相色谱利用不同物质流经色谱柱的运动速度不同,由此在屏幕上产生起起伏伏的波浪线,来判断样品组分。

  阅读文献是科研的一项基本功。这让从小到大学习俄语、从未接触过英语的张玉奎犯了难,捧着一本本英文文献像看“天书”一般。

  但他并未有丝毫退却之意,“誓要啃下这块硬骨头”。于是,他买来英汉词典,一个单词一个单词地查,利用业余时间参加补习班,加之通过在德国短期的学术交流,终于掌握了这门语言。等到在国际会议流利主持、与各国友人对答如流时,国外科研人员非常惊讶,追问秘诀。张玉奎自豪地说,“在中国学的”。

  在语言的加持下,张玉奎的科研工作如鱼得水。经过长期的实验和分析,他发现色谱过程中影响分离行为的分子结构因素,建立了系统的色谱热力学研究方法,此外,还阐明了影响色谱峰展宽和峰形对称性的动力学因素,证实高效液相色谱中保留时间与半峰宽之间存在定量关系。

  张玉奎深知,“理论研究是为了解决实际问题”。上世纪90年代末,张玉奎开始负责高效液相色谱仪的研制与开发。

  当团队开发出P200-II型等高效液相色谱仪时,张玉奎看到国产色谱仪跳出起起伏伏的韵律,他欣喜不已。该色谱仪也于2000年通过ISO9001认证,当年销售百余台,进一步提高了国产仪器的市场占有率。

  迈向“智能”色谱时代

  上世纪70年代,大规模集成电路计算机初兴,张玉奎隐约意识到这个“新家伙”在科学研究中的重要意义。

  在卢佩章的鼓励下,他开始学习编程。“计算机的存储技术能够将一个个色谱‘波浪’存储起来,节省物理空间,同时方便检索、查阅。”

  但当时的内存条存储空间很小,且价格昂贵。为了在有限的空间存储更多的数据,张玉奎根据拖尾指数修正的高斯函数,利用当时研究室仅有的Z80计算机,开始了色谱流出曲线计算机模拟的艰难探索。

  当时对解析误差函数一窍不通的他,从公式学起,不断请教领域内的专家,发现潜在解决方案便没日没夜“赶工”,查看效果。

  “只要碰上同事们集中用电,计算机就极其容易死机,之前编写的程序就得重新来过,所以我就写一点赶紧保存一下。”张玉奎回忆。

  后来,为了提高效率,张玉奎“错峰”工作,抓住同事们上班前和下班后的空当编写程序,白天进行常规的液相色谱研究。同事调侃,如果在实验室看不到张玉奎,那就去“机窝”找他,他肯定在。

  不负众望,张玉奎编写出色谱流出曲线拟合软件,实现对色谱峰型变化规律的定量描述,为色谱数据处理和存储提供了全新的方法。

  此后,张玉奎将串联优化指标与智能搜索优化方法结合用于复杂样品的分离条件优化,以大量的事实验证了知识库的正确性和可靠性,开发出液相色谱专家系统。

  如今,全世界的色谱仪无不与计算技术紧密相连,计算机这个“新家伙”早已变成色谱人的“老朋友”。

  与计算科学的深情拥抱,也让张玉奎深深意识到学科交叉、学术交流的重要性。为了在更大范围内促进领域交流,1984年,在他和卢佩章等人的倡议下,《色谱》杂志创刊。经过多年的苦心孤诣,《色谱》不仅获得“中国精品科技期刊”等荣誉称号,还在中国科学技术信息研究所发布的引证指标排名中名列前茅。

  心系学科发展和人才培养

  蛋白质在生命活动中至关重要,有些蛋白质还是研究疾病机理和预防诊治药物等的直接靶点。上世纪末,一场生命科学领域的“淘金热潮”——蛋白质组学兴起。

  时任大连化物所副所长的张玉奎十分注重学科规划和人才培养工作,早就捕捉到这一趋势。

  1995年,张玉奎建议一门心思搞化学的大连化物所研究员张丽华多学习生物化学知识,还送张丽华去国外“取经”。

  三年在德国、日本顶尖科研机构的学习,大大提高了张丽华的专业水平。

  1998年,已过知天命之年的张玉奎重回实验室,再次创业,组建研究组,瞄准国际前沿的蛋白质组领域开始全新的探索。创业弥艰,张玉奎邀请张丽华回国。

  “回国后,听到张老师说,组里学生不知道生物样品不能长时间在室温放置,因而导致蛋白质分离时峰越来越多时,我心里十分难过。”张丽华回忆说。

  此后,张丽华以极大的热情投入科研中,成长为课题组组长,获得国家自然科学奖二等奖、国家杰出青年科学基金项目资助等荣誉。除了培养内部人才,张玉奎还利用国外短期学术交流的机会,为中国留学生回国从事科研、报效祖国铺路架桥。

  蛋白质领域的二次攀登

  事实证明了张玉奎选择的正确性、前瞻性。如今,蛋白质已成为21世纪最大的研究方向之一,是国际生物科技的战略制高点和竞争焦点。

  膜蛋白质是一类重要蛋白。越来越多的研究证明,膜蛋白质还是重要的药物靶点,约有70%的药物靶点为膜蛋白质。然而,膜蛋白质溶解度低,难以提取。

  团队通过大量实验研究离子液体与膜蛋白质相互作用的机理,最终将离子液体用于膜蛋白质提取,显著提高了蛋白质组分析覆盖度。

  “张老师十分重视实验数据和文献阅读,他认为很多科研难题的答案就藏在这些一闪而过的数据和阶段性的研究结果中,因此经常询问和检查实验记录和文献阅读情况。”大连化物所研究员梁振说。

  此后,团队又突破了高效二维生物色谱系统、在线蛋白质预处理系统、超高压微纳液相色谱系统等一系列难题。

  长期超负荷的工作,严重损伤了张玉奎的身体,但他依然事事以工作为重。2004年,完成心脏支架手术后不久,他便不顾医生和亲友的反对,乘上了赴京参加学术交流的飞机。

  随着研究的深入,张玉奎认为,要理解生命活动过程,还需要明确蛋白质含量的变化情况,更艰难的研究开始了。

  年至耄耋,张玉奎依然很忙碌,从早到晚参加团队组会,关心研究组的科研进展,也像家长一样关心爱护着每一位成员。学生的家长不在大连,他会以家长的身份关心他们的生活;组员的科研遇到阻碍,满心抱怨找到他,他总会抽出时间,耐心开导,让组员带着轻松的心情离开……

  “只要你们有发展、发展得好,我就高兴!”这是张玉奎说得最多的一句话。

  以下是该媒体报道地址:http://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2021/9/365382.shtm?id=365382

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