文 |《中國科學報》記者 張晴丹
(相關(guān)資料圖)
幾年前，江志偉的朋友從國內(nèi)給他帶了一瓶茅臺，他當時發(fā)下宏愿，啥時候發(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。
因為，他在一個月內(nèi)竟然兩登頂刊！
8月31日，以英國倫敦瑪麗皇后大學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、科學界同行、所任職的學校……皆為他送來稱贊與祝賀。
從開始讀博至今正好10年，他當初“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：“人生命運的改變有時就是這么突然，柳暗花明，越過山丘，之后又是另外一番天地！”
令科學界驚嘆的“膜”
5年前，在美國參加2017年世界膜會議（ICOM）時，江志偉第一次有了一個構(gòu)想。
“將環(huán)糊精有序排列，使其能夠形成一個通道，讓它在膜里面得到很好的運用。”
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，需要把瞄準的幾個分子分開，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相近尺寸的中間。假設(shè)一個分子是0.5納米，另一個是0.7納米，那么膜孔徑就必須控制在0.6納米，這樣才可以把兩個分子進行分離。
然而，要在納米尺度上對膜孔徑進行精準“改造”一直是個世界難題，江志偉的這個構(gòu)想或許能給出解答。
這里面涉及到化學上的“改性”，把環(huán)糊精的一端，用一個化學官能團改造另一個官能團，以實現(xiàn)有序排列。但江志偉是學化學工程的，并不精通有機化學方面的知識。
于是，他找到了當時還是同組博士后的董瑞蛟（現(xiàn)為上海交通大學系統(tǒng)生物醫(yī)學研究院副教授，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，實現(xiàn)了市場化。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，原油分離時的溫度和壓力等環(huán)境因素更加惡劣，所以對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，因為它的優(yōu)勢是特別薄，但它的缺點是受到膜本身親水性能的限制。”江志偉在接受《中國科學報》采訪時說。
要增加膜材料的疏水性能談何容易。這里面有一個難點。
“我們想把自組裝團聚體引入到一個厚度只有10納米的薄膜中，但這類團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產(chǎn)生一些缺陷。”Science這篇論文的第一作者、帝國理工學院博士李思瑤在接受《中國科學報》采訪時說。
李思瑤 受訪者供圖
所以，在實驗之初，她做出的幾十張膜中，成功的寥寥無幾。但這并未打擊團隊的積極性。
經(jīng)過不斷地嘗試和改進實驗設(shè)計，他們最終將合成出的一種自組裝團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。這兩篇文章讓我引以為傲，并不是因為期刊級別之高，而是因為它們的設(shè)計無比精妙。”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為他們設(shè)計的膜不能產(chǎn)業(yè)化。對此，江志偉表示不服。
“我認為Nature核心價值是基礎(chǔ)科研，應(yīng)當重視一項研究里面的科學問題，是否解決了本領(lǐng)域里的科學難題，而不僅僅是專注于工業(yè)化的前景。”江志偉說。
他介紹，文章中其實也涉及到了工業(yè)應(yīng)用的場景，如在藥物提純上的應(yīng)用，并與商用膜做過對比，而并非一篇純理論研究的文章。
同時，在文章中他們已然進行了放大實驗——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，有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的前景。于是他據(jù)理力爭，并得到了編輯的首肯，編輯對這項研究非?？春茫罱K表示可以發(fā)表。
兩篇文章為什么能撞在一個月內(nèi)在兩大頂刊相繼發(fā)表呢？這其中有一個小插曲。
早在2022年2月初，江志偉就已經(jīng)把計劃投Science的最后一稿提交給自己的導(dǎo)師、帝國理工學院教授Andrew Livingston（現(xiàn)為英國倫敦瑪麗皇后大學副校長）。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日的一場國際會議上，我看到沙特阿卜杜拉國王科技大學的研究團隊在做一個石油分離的項目，推斷他們的文章投的也是Science，狀態(tài)應(yīng)該已進入審稿程序。在我當時的認知里，Science不會在短期內(nèi)接收兩篇同一個方向的文章，所以我感受到相當大的壓力。”江志偉回憶道。
會議一結(jié)束，他立馬給Livingston寫郵件告知此事，“導(dǎo)師聽后也慌了！”僅不到兩個小時后，導(dǎo)師便將稿改好后返回來，而且?guī)缀鯖]什么改動。確認無誤后，當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。在逐個詳細地回答審稿人所提問題，并補充了一些實驗數(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)，這或許與兩個期刊分屬不同國家和地區(qū)有關(guān)。因此，除了要提供非常扎實且全面的科研內(nèi)容和數(shù)據(jù)外，投兩個期刊時還有完全不同的寫稿策略。
“Science的風格就像修長城一樣，看上去宏偉壯觀，而且又特別實用，但細節(jié)并不是非常精美。所以我們在寫文章的時候以應(yīng)用為出發(fā)點，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。”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，每個細節(jié)都透露出一種設(shè)計感。”江志偉認為，Nature更注重基礎(chǔ)研究，所以他們在寫文章時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遇到哪些問題，圍繞這個科學問題去提出他們的解決方案，附帶應(yīng)用的場景。
一切源于“機緣巧合”
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，那個課題組實驗室的門鎖了，于是他只能去其他實驗室碰碰運氣。
“在去的路上恰好碰到李思瑤，那會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。我問她是否知道實驗室門鎖密碼，她說知道。然后我倆就一起折返回他們的實驗室。”江志偉回憶道。
“在閑聊時，我無意中說起了自己想讀博，但由于申請晚了，很多地方都已截止，申請的新加坡國立大學等還在等結(jié)果。沒想到志偉說他們組正好有一個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給Livingston發(fā)郵件自薦。”李思瑤說。
于是，她順其自然地面試、進組。而當時在Livingston課題組做博士后的江志偉，成了她科研的領(lǐng)路人。
“導(dǎo)師平時工作實在太忙，我們能見到他的時間很有限。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，是我當時入門的一個課題，我在里面學到了很多。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“機緣巧合”。
“那年，我本碩連讀畢業(yè)，投了許多學校的博士申請。等到4月份的時候，唯獨只剩下帝國理工學院沒有回復(fù)郵件，屬于未知狀態(tài)。我的妻子極力鼓勵我直接打電話問問。”江志偉說。
那是他人生中第一次那么主動，沒想到居然接通了。電話那頭說：“你申請的是能源方向，我給相關(guān)的老師看過了，沒人有經(jīng)費，現(xiàn)在你的申請又回到了我這里。”
接下來，那個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，好像對你有點意思。”
“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，但對膜也特感興趣，其實我當時對膜一無所知。”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。面試中最難的一個問題是，“你到現(xiàn)在的科研經(jīng)驗都集中在模擬方面，但這個崗位是要做實驗的，你怎么辦？”
江志偉的回答完全出乎所有人意料！
“我在實驗方面是做的不多，但我每天自己做中餐，而且味道很不錯，這可比做實驗要復(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未來領(lǐng)軍人才計劃（Future Leaders Fellowships），成為了一名獨立研究員（PI），并建立了自己的科研團隊，將繼續(xù)帶領(lǐng)著他們在“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
