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南开化院的超分子大牛郭东升教授:与杯芳烃的“爱情长跑”

化学加 2021-06-12

来源 | 南开化学(ID:nankaichem)            编辑 | 化学加

导读


超分子化学(supramolecular chemistry)最先由法国科学家J.M Lehn提出,是致力于分子间非共价相互作用的一门新兴交叉学科。分子识别与组装是超分子化学研究的两个核心研究内容。1987年诺贝尔化学奖授予C.J Pedersen (佩德森)、J.M Lehn (莱恩)、D.J Cram (克来姆)三位化学家,以表彰他们在超分子化学领域的开创性工作。经过几十年的发展,超分子化学已成功应用于生物医药、材料科学、信息科学和环境科学等多个科学技术领域。

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前几天

勤劳的南开化学小编获得了一次采访深藏于南开化院的超分子大牛、国家优秀青年基金获得者郭东升老师的机会,小编的每一个问题都得到老师耐心而详细的解答了呢~


郭东升教授,生于1979年12月,现任南开大学化学学院化学系副主任物化教研室主任

主要研究领域为:超分子化学;分子识别与组装;杯芳烃;生物传感;纳米医学;疾病诊断和治疗。


郭东升老师的课题组主要从事生物医药功能导向的杯芳烃超分子化学的研究工作,目前已在Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等刊物上发表论文80余篇,累计引用3400余次,h指数34。申请国家发明专利13件,授权9件。在国内、外学术交流会议上做学术报告20余次。


目前已培养硕士4名。课题组现有博士生4名,硕士生4名。


1997年9月-2001年7月, 

南开大学化学系, 理学学士学位
2001年9月-2006年7月, 

南开大学化学学院,理学博士学位
2006年7月-2008年12月,

南开大学化学学院,讲师
2009年1月-2013年12月,

 南开大学化学学院,副教授
2013年12月-至今,

 南开大学化学学院,教授


郭老师也可谓荣誉等身:

2015年获天津市自然科学一等奖(第二完成人)
2014年入选天津市青年拔尖人才支持计划
2014年入选首批天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才
2014年获南开大学第六届“良师益友”提名奖
2013年入选“南开大学百名青年学科带头人培养计划”
2013年获国家优秀青年科学基金资助







小编:老师您好!我们了解到您主要从事关于超分子方面的研究,可以向我们介绍一下超分子研究方向的主要内容吗?


郭老师:超分子化学主要关注分子间的非共价相互作用,如氢键、Pi堆积、静电和疏水作用等。我们曾在中学化学中学到,物质分子结构即化学键结构相同时物质性质相同,而实际中未必如此。以蛋白加热失活为例,整个过程中蛋白质分子化学键结构并没改变,但性质、功能变了,是因为由氢键、范德华力、静电等决定的二、三、四级结构改变了。上世纪60年代,第一个人工合成大环受体分子冠醚成功制备,人们发现这种环状分子有很好的识别性质,从而孕育了超分子化学学科的诞生。1987年诺贝尔化学奖授予C.J Pedersen 、J.M Lehn 、D.J Cram 三位化学家,以表彰他们在超分子化学方面的开创性工作,这也是诺贝尔奖首次颁给超分子化学的研究者。2016年分子机器获诺贝尔奖,这是和超分子化学的发展积累分不开的。经过几十年的发展,超分子化学已经成功渗透到多个学科,包括生命科学、材料科学和环境科学等。


小编:老师目前具体在从事哪一方向的研究呢?


郭老师:我们课题组目前主要从事超分子功能化方面的研究。超分子的功能出口可分为化学材料生物功能。化学功能即创造新的物质,可以体现超分子的催化特性。材料功能即利用超分子自组装构造具有特殊性能的分子器件和纳米材料。再说生物功能,生物体是最复杂的超分子体系,超分子化学可以说是起源于生物。许多重要的生命过程,如DNA的自复制、酶与底物的结合、细胞膜的形成等,都与超分子有着密不可分的联系,超分子化学的出现为化学到生物的过渡构筑了坚实的桥梁。因此,我个人对生物功能比较感兴趣。我们课题组主要以生物医药功能为导向,即基于杯芳烃的超分子诊疗学。杯芳烃是第三代超分子主体。我从开始读博士就从事杯芳烃超分子化学的研究,到现在十几年,不离不弃,杯芳烃可以说是我在科研上的“爱人”。目前,我们想以杯芳烃为工具,根据它的特点构造可应用于瞄准诊断和精确治疗的超分子体系,为精确医疗提供新的思路。


小编:当前研究的进展如何呢?


郭老师:我们目前主要研究有关肿瘤和阿尔兹海默症的诊断和治疗。我们在对血液样本进行采集、简单处理并与正常血液样本及肿瘤血液样本进行比对后,找到其中的差异并用荧光紫外等方法将之转变为物理信号,最后用光谱即可将诊断结果直观地表现出来,从而达到肿瘤诊断的目的。我们研究的卵巢癌检测已经成功用血清和小鼠进行了试验,并且申请了专利。我们计划下一步通过医院收集各类肿瘤的人体血液样本,希望可以通过信号的差异区分出不同的肿瘤。

为了实现肿瘤的精准治疗,往往需要药物载体。我们希望杯芳烃可以作为一类新型的载体应用于药物靶向传输。大量研究表明,肿瘤细胞ATP浓度较正常组织可高出1万倍,因此我们可以让药物与杯芳烃载体结合,并经过控制使得药物可以通过ATP触发释放,即可让药物分子主要集中在肿瘤细胞附近,实现给药的靶向性,降低治疗对正常组织的危害。目前我们已成功用小鼠进行了试验。

再说说阿尔兹海默症。随着人类寿命的延长,阿尔兹海默症的患病率也在逐年上升。脑脊液中β淀粉样蛋白纤维化是阿尔兹海默症的主要病因,其治疗方法有抑制相关酶活性和抑制纤维化等。酶分子中肽的折叠依赖氢键和疏水键等作用力,β淀粉样蛋白的聚集和纤维化也与分子间作用力有关,这样就回到了超分子的研究范围。通过破坏分子间原有的相互作用并建立起新的相互作用,可以让蛋白分子不再聚集并纤维化,从而达到预防的作用。对于已经患病的群体,我们则应考虑病症的治疗,即如何解开已经纤维化的聚集体。我们目前已经找到了解开聚集体的方法,且应用此方法后细胞的存活率显著增加。下一步我们计划进行动物实验,进一步验证我们的设想。


小编:对于硕士生,博士生来说做研究的基本思路和方法手段是什么呢?需要具备哪些特质或者说技能?


郭老师:我们这个方向是好几个学科的交叉。不但需要懂有机合成,还需要物理化学知识,会做理化性质的检测,还要掌握一些生物知识,能做基本的生物实验。合成是为了实现理化性质,理化性质是为生物功能服务的。






小编:物理化学是公认的一门非常重要同时也比较难学的化学专业课,作为物理化学的授课教师,您觉得本科生在物化的学习包括平时的学习中主要存在哪些问题?应该如何调整?


郭老师:在物化的学习上,理解是最重要的。平时要多看物化书,多理解教材上的知识,充分理解就能掌握扎实。可能只看一遍不能有很透彻的理解,这时候不能浮躁,静下心来反复读书,一遍又一遍地阅读,边看边思考,最终一定会有收获。在我讲课前五年的时候,每年我的理解都会更新,越来预深刻,我也更加意识到物化的思维方式、基本理念都是非常强大的值得应用的工具,值得好好学习、深入理解。

本科生学习上存在的最大问题就是教材上学习到的知识不能得到灵活应用,用不到科研中,这个过程的衔接是存在很大问题的。在能力还不足以创造新的知识的时候,把经典的知识点用在新的东西上,也是一种创新。除此之外,很多人习惯在复习的时候突击学习,这是非常普遍的一种现象。但是突击学习的特点是学得快忘得也快。最好是在平时多下功夫,学得扎实一些才不容易忘,不建议突击。


小编:许多同学都听过或者听说过您“与杯芳烃的爱情长跑”。根据您的经历分享一下您在做科研的过程中是如何坚持的,在这么长的时间里又有怎样的感受和体会?


郭老师:就从我之前做报告的这个题目来说,做一件事首先要喜欢它,所以强调“爱情”,就是把你做的事情培养成爱好。最开始的时候我和杯芳烃也不认识更谈不上喜欢,但是把它当成任务、接触多了以后就会喜欢上“她”。科研、实验都是这个道理,喜欢是一个前提。兴趣不是与生俱来的,是可以在平时的接触中培养出来的。

除了兴趣之外还需要坚持,坚持做一件事情,做什么都不能轻易的放弃,半途而废不可能做好。所以我的报告题目中有“长跑”二字。而能够坚持下去的方法就是要有信心,要给自己灌输“我能行”的信念,不要“猜”自己行不行,也不要在意别人的论断,如果别人没有做出来,你不一定也不行。有信心的时候更容易坚持,观察得更仔细,会积极地思考;没信心的话整个态度可能都是消极的,直接就放弃了。


小编:您研究生时期的导师,刘育老师给您带来了哪些影响?对您有哪些帮助呢?可以给我们一些关于如何选择导师的建议吗?


郭老师:刘育老师对我的影响很大,我还记得刘育老师在我刚上研究生的时候签名赠书给我,一直在激励着我。一路走来,与刘老师一贯的支持、提携和帮助是分不开的。导师的选择特别重要,导师影响着学生科研素养的形成,是长期耳濡目染的作用。所以要多了解,广泛寻找信息,慎重选择。对导师的选择上,我的建议是先选择方向,在充分了解之后,选一个你有兴趣、并且有研究价值的方向,然后在这个方向上找到最好的学校中最厉害的老师。选择导师时,可以按方向、老师和学校的顺序依次进行筛选。





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