循序漸進(jìn)求知路 納米仿生探索人
——華南理工大學(xué)鄧文禮教授的奮斗歷程側(cè)記

本刊記者 劉之靈 徐芳芳

循序漸進(jìn)求知路 納米仿生探索人
——華南理工大學(xué)鄧文禮教授的奮斗歷程側(cè)記

本刊記者 劉之靈 徐芳芳

2003年鄧文禮與白春禮院士在美國(guó)西雅圖合影

1995年7月26日, 中國(guó)科協(xié)第二屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)在北京人們大會(huì)堂隆重開(kāi)幕, 當(dāng)年身為電子科技大學(xué)博士研究生的鄧文禮參加了年會(huì), 在大會(huì)開(kāi)幕之前與所有參會(huì)代表一起受到黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人江澤民、胡錦濤、溫家寶等領(lǐng)導(dǎo)的親切接見(jiàn)并合影留念,那次盛會(huì)給鄧文禮的印象終生難忘, 在他的辦公室至今還懸掛著當(dāng)年合影的巨幅照片。

鄧文禮, 1963年10月生于四川省云陽(yáng)縣(現(xiàn)屬重慶市)的一個(gè)鄉(xiāng)村家庭, 現(xiàn)任華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，納米技術(shù)和分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及納米材料和表面工程研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。

他是如何從普通的農(nóng)家子弟，懷揣兒時(shí)成為老師的夢(mèng)想，在工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)求知，如何連續(xù)攻讀碩士、博士、博士后，然后留學(xué)日美，并最終成為納米材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍人呢？是什么力量能夠支撐他一直保持如此高的熱忱和斗志？回顧他一路走來(lái)的汗水和光環(huán)，也許就可以找到答案。

兒時(shí)的夢(mèng)想——成為誨人不倦的優(yōu)秀老師

1981年, 17歲的鄧文禮從鄉(xiāng)村中學(xué)考入四川省萬(wàn)縣高等師范專(zhuān)科學(xué)校(現(xiàn)重慶三峽學(xué)院), 化學(xué)是他最喜歡的專(zhuān)業(yè), 當(dāng)老師是他兒時(shí)的夢(mèng)想。鄧文禮的祖輩和父輩都是農(nóng)民,家處偏僻和經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的鄉(xiāng)村,雖然父母都沒(méi)有上過(guò)學(xué)、沒(méi)有文化,但父母經(jīng)常給他講當(dāng)老師是多么的好,他從小在父母的教育和影響下,喜歡老師,高考填報(bào)志愿時(shí)選擇了師范院校。

在四川省萬(wàn)縣高等師范專(zhuān)科學(xué)校的三年期間, 他學(xué)習(xí)了化學(xué)專(zhuān)業(yè)的所有主干課程, 而且對(duì)每門(mén)化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)相當(dāng)重視, 另外他還重視教育學(xué)和心理學(xué)等課程。同學(xué)給他的評(píng)價(jià)是“斯斯文文, 少言語(yǔ), 但偶爾一言發(fā)出,四座皆驚, 有‘教授’之稱(chēng)”，這似乎預(yù)示著他將會(huì)踏上一條科研創(chuàng)新探索之路。

1984年鄧文禮畢業(yè)時(shí)被分配回到母?！脐?yáng)縣江口中學(xué)擔(dān)任化學(xué)教師。任教期間, 鄧文禮對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、兢兢業(yè)業(yè),教學(xué)效果好,深受學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)生和學(xué)生家長(zhǎng)的好評(píng), 所擔(dān)任教學(xué)班連續(xù)三年在四川省全省初中畢業(yè)會(huì)考、高中招生和中專(zhuān)預(yù)選三結(jié)合考試中平均成績(jī)名列全縣前列,每個(gè)年級(jí)的教學(xué)班都有多名學(xué)生的化學(xué)課考試成績(jī)?yōu)闈M分100分。在中學(xué)的5年教學(xué)工作中,他自始至終盡職盡責(zé),既嚴(yán)格要求自己,又對(duì)學(xué)生高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求,并嘗試進(jìn)行課堂教學(xué)改革,收到了良好的效果。

2005年鄧文禮與姚熹院士的合影

工作中繼續(xù)求知——用心攻讀碩士博士

在教學(xué)工作之余,他充分利用時(shí)間有計(jì)劃和系統(tǒng)地復(fù)習(xí)大學(xué)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的各門(mén)主干課程以及英語(yǔ)和政治課程,并于1989年考取四川大學(xué)有機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的碩士研究生,在單書(shū)香教授的指導(dǎo)下從事天然產(chǎn)物和精細(xì)有機(jī)化學(xué)合成。在攻讀碩士學(xué)位期間,鄧文禮對(duì)科研工作就有濃厚的興趣,在實(shí)驗(yàn)工作中十分投入，所取得的研究結(jié)果分別在《有機(jī)化學(xué)》1993、《結(jié)構(gòu)化學(xué)》1993和《化學(xué)研究與應(yīng)用》1992等雜志發(fā)表論文4篇。

1992年7月鄧文禮獲得碩士學(xué)位后又報(bào)考電子科技大學(xué)的博士研究生, 導(dǎo)師是中國(guó)科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)的姚熹教授, 副導(dǎo)師是電子科技大學(xué)的楊大本教授。1993年,在電子科技大學(xué)開(kāi)展分子自組裝研究工作的實(shí)驗(yàn)條件相當(dāng)簡(jiǎn)陋, 沒(méi)有掃描探針顯微鏡(SPM),實(shí)驗(yàn)中用到的Au(111)薄膜基底材料還得去重慶永川的44研究所制備,所在實(shí)驗(yàn)室用于分析表征分子膜樣品的接觸角測(cè)量?jī)x和橢圓偏振儀都沒(méi)有。盡管條件簡(jiǎn)陋,可鄧文禮已經(jīng)充分了解到分子自組裝研究課題很有發(fā)展前景,國(guó)內(nèi)研究也才剛剛起步,只要克服困難,仍然可以做出象樣的工作。另外,剛?cè)雽W(xué)不久,姚熹院士專(zhuān)程從西安交大到電子科技大學(xué)為學(xué)院老師和博士生作了一次專(zhuān)題學(xué)術(shù)報(bào)告,姚老師根據(jù)他自己在美國(guó)的科研經(jīng)歷,要求他在電子科技大學(xué)的博士生和聽(tīng)報(bào)告的青年教師熱愛(ài)科研工作。他對(duì)待科學(xué)研究的態(tài)度是:“不做則罷,要做就要做到最好,做到世界第一”。

姚老師的那次報(bào)告給鄧文禮的啟發(fā)和影響相當(dāng)大,他在完成博士學(xué)位論文課題時(shí)克服了種種困難,仔細(xì)回想他的學(xué)位論文實(shí)驗(yàn)工作有80%是在校外完成的,有一半的工作是在成都以外的地區(qū)如北京、重慶市和重慶永川等地進(jìn)行,他經(jīng)?；氐剿拇ù髮W(xué)利用分析測(cè)試中心的大型儀器設(shè)備如X-射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡、X-射線四園衍射儀、質(zhì)譜、核磁共振儀等。為了學(xué)位論文的高質(zhì)量完成,鄧文禮在1994年和1995年兩次從成都到北京進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作,每次都得花半個(gè)月時(shí)間,分別到中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所分析測(cè)試自組裝分子膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)、薄膜厚度、表面潤(rùn)濕性等。在校外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,鄧文禮結(jié)識(shí)了一些學(xué)術(shù)界的前輩如中國(guó)科學(xué)院的白春禮研究員、北京大學(xué)的蔡生明教授和劉忠范教授等。鄧文禮后來(lái)又成為白春禮研究員在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的博士后。

鄧文禮在電子科技大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間,為出色完成學(xué)位論文,他克服了種種困難,由于經(jīng)常到校外或者外地做實(shí)驗(yàn), 當(dāng)時(shí)學(xué)院的另一位老師陳艾教授給他取了一個(gè)外號(hào)叫“流浪科學(xué)家”。每當(dāng)鄧文禮向楊老師匯報(bào)實(shí)驗(yàn)條件上的不足時(shí),楊大本教授經(jīng)?；卮鸬囊痪湓捠恰坝龅降睦щy越多,取得的進(jìn)步越大”,楊老師的這句話對(duì)鄧文禮后來(lái)的事業(yè)發(fā)展有很大的影響作用。鄧文禮用了不到三年的時(shí)間就完成了博士學(xué)位論文, 學(xué)位論文工作先后在《中國(guó)科學(xué)》B集、《化學(xué)物理學(xué)報(bào)》等雜志發(fā)表系列論文,在IEEE的多次國(guó)際會(huì)議交流了研究結(jié)果。在讀期間, 分別在1994年和1995年獲得電子科技大學(xué)“賽格”和“長(zhǎng)城”特別獎(jiǎng)學(xué)金。

進(jìn)一步充實(shí)提高——進(jìn)博士后站深造

早在1994年, 鄧文禮從成都專(zhuān)程到北京做博士論文的相關(guān)實(shí)驗(yàn), 他征得白春禮研究員的同意, 在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所STM實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了為期兩個(gè)星期的實(shí)驗(yàn), 利用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡觀察硫醇分子在Au(111)表面的自組裝分子膜的微觀結(jié)構(gòu), 獲得了預(yù)期的結(jié)果。

從1996年1月，鄧文禮在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所進(jìn)行博士后研究，在STM實(shí)驗(yàn)室, 合作導(dǎo)師白春禮經(jīng)常給實(shí)驗(yàn)室成員介紹國(guó)際國(guó)內(nèi)的最新研究進(jìn)展, 特別是納米科技和掃描探針顯微技術(shù)方面的最新研究成果, 白老師對(duì)博士后的工作有嚴(yán)格的要求, 研究課題必須具有創(chuàng)新性,通過(guò)完成課題必須提高博士后的研究水平和科研工作能力, 同時(shí)要求博士后要參與國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。鄧文禮的博士后研究工作主要圍繞掃描探針技術(shù)和分子組裝與納米構(gòu)筑, 這兩方面的課題在國(guó)際國(guó)內(nèi)都是研究熱點(diǎn), 鄧文禮正好利用攻讀博士學(xué)位期間在分子自組裝方面奠定的基礎(chǔ),把實(shí)驗(yàn)室在掃描探針技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)充分利用起來(lái)。

鄧文禮現(xiàn)在回想在博士后期間所完成的一個(gè)較滿意的工作是利用烷基二硫醇雙功能團(tuán)鏈形分子在固態(tài)表面進(jìn)行分子組裝,將形成的單層分子膜再進(jìn)行表面化學(xué)修飾, 最終形成多層異質(zhì)納米結(jié)構(gòu), 在這類(lèi)納米構(gòu)筑過(guò)程中雙功能基鏈形分子起到橋梁作用,因而提出了“分子橋”概念,研究結(jié)果在Applied Physics A等雜志發(fā)表, 論文發(fā)表后引起了同行的廣泛關(guān)注。

進(jìn)入博士后流動(dòng)站, 鄧文禮覺(jué)得更要努力提高自身的學(xué)術(shù)水平和科研工作能力, 要增長(zhǎng)學(xué)術(shù)見(jiàn)識(shí), 更要有國(guó)際學(xué)術(shù)視野。另外,他認(rèn)為自己僅在國(guó)內(nèi)接受教育,所有學(xué)位都是在國(guó)內(nèi)獲得,應(yīng)該有國(guó)外的研究工作經(jīng)歷, 應(yīng)該接受具有國(guó)際水準(zhǔn)的檢驗(yàn), 應(yīng)該參與國(guó)際學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。在當(dāng)時(shí)年代, 大多數(shù)想出國(guó)的人首選美國(guó), 其次選西歐、加拿大和澳大利亞,再才選日本、新加坡等亞洲國(guó)家, 他也跟其他人的愿望一樣。可在聯(lián)系的過(guò)程中,日本國(guó)立材料科學(xué)研究所(NIMS)最先同意接受,他抱著去日本看一看的心態(tài),于1998年9月從北京去到日本筑波科學(xué)城。

增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)和接受檢驗(yàn)——留學(xué)日美拓展視野

從到日本的第一天開(kāi)始, 他對(duì)日本的印象非常好，特別是所去實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備相當(dāng)齊全。去日本之前, 懷著看一看的心情,可去了之后一看就是四年。日本的NIMS可算得上具有世界水平的研究所, 鄧文禮在這個(gè)研究所進(jìn)行的研究課題是在超高真空條件下觀察有機(jī)共軛分子在固態(tài)表面的吸附組裝以及單個(gè)分子在電場(chǎng)作用下的電-光轉(zhuǎn)換特性,在1998年代這種研究課題只有美國(guó)和歐洲以及日本的少數(shù)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室可以開(kāi)展。鄧文禮與實(shí)驗(yàn)室的日本研究人員組成一個(gè)課題小組,研究有機(jī)金屬卟啉分子在Cu(100)表面的吸附組裝,在超高真空條件下利用隧道電子誘導(dǎo)分子發(fā)光,探索單分子在電場(chǎng)作用下的電-光轉(zhuǎn)換特性,他們?cè)贘. Chem. Phys., Surface Science等國(guó)際刊物發(fā)表了系列論文, 研究工作受到了同行的廣泛關(guān)注。

2002年8月,鄧文禮從日本到華盛頓州立大學(xué), 與Kerry W. Hipps教授合作,繼續(xù)從事分子科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究,同樣在超高真空條件下研究金屬卟啉衍生物分子在Au(111)表面的組裝構(gòu)筑, 以單層分子膜為介質(zhì), 考察掃描隧道顯微學(xué)中針尖與樣品的分離, 尋求針尖與樣品的距離變化隨隧道電流和樣品偏壓改變的依賴(lài)關(guān)系, 測(cè)試了研究體系的軌道媒介隧道譜, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果在J. Phys. Chem. B發(fā)表, 研究工作被論文評(píng)審專(zhuān)家評(píng)價(jià)為對(duì)掃描隧道顯微學(xué)的一個(gè)新的重要的貢獻(xiàn), 論文發(fā)表后被多次引用。

鄧文禮在日本和美國(guó)的六年時(shí)間內(nèi), 增長(zhǎng)了許多見(jiàn)識(shí)，拓展了研究視野，親自體會(huì)和感受了日本和美國(guó)的科學(xué)研究氛圍, 了解到日本和美國(guó)的科學(xué)家如何踏踏實(shí)實(shí)地進(jìn)行研究工作, 另外還了解學(xué)習(xí)了日本和美國(guó)的多元文化。在鄧文禮看來(lái), 能夠到日本和美國(guó)的高水平實(shí)驗(yàn)室參加研究工作, 從一個(gè)側(cè)面反映在中國(guó)本土接受教育和獲得學(xué)位的人具有一定的研究水平和科研工作能力。換言之, 出國(guó)是對(duì)中國(guó)本土培養(yǎng)出的人才的檢驗(yàn)。

一切從零開(kāi)始的心態(tài)——納米材料領(lǐng)域領(lǐng)軍人

2004年5月, 鄧文禮從華盛頓州立大學(xué)回到廣州, 被華南理工大學(xué)以高層次人才引進(jìn)并聘為教授, 同年12月被評(píng)為博士生導(dǎo)師。他從6月2日起在材料科學(xué)與工程學(xué)院開(kāi)始新的工作。加入華南理工以后, 盡管學(xué)校和學(xué)院都提供了一定的支持, 但一切都得從零開(kāi)始。從此，華南理工大學(xué)的納米技術(shù)和分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始組建并發(fā)展壯大, 兩年后實(shí)驗(yàn)室成員增加到包括博士后、博士生、碩士生和外國(guó)訪問(wèn)學(xué)者在內(nèi)的12人小組, 2009年實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展到包括教師7人和流動(dòng)人員25人的研究集體。實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)的研究工作涉及基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)兩大塊, 研究課題方向主要有分子設(shè)計(jì)組裝構(gòu)筑、納米仿生制造、金屬材料表面功能化。

鄧文禮回國(guó)后的研究課題必須根據(jù)自己的專(zhuān)長(zhǎng)和研究條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整, 繼續(xù)開(kāi)展分子組裝和納米構(gòu)筑, 設(shè)計(jì)合成具有特定結(jié)構(gòu)和性能的有機(jī)分子，借助大氣環(huán)境條件的掃描探針顯微鏡觀察合成分子在固態(tài)表面的自組裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)外界條件的改變調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。在三年多時(shí)間內(nèi)這個(gè)課題方向的工作已經(jīng)在Chem. Commun., J.Phys. Chem. B, ChemPhysChem等國(guó)際刊物發(fā)表了一系列研究論文, 尤其是最近在主-客體納米構(gòu)筑和光開(kāi)關(guān)方面的STM研究工作取得了顯著的進(jìn)展。他們的工作在2008年和2010年的兩屆全國(guó)掃描隧道顯微學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議都被大會(huì)特邀報(bào)告, 在2010年北京國(guó)際真空大會(huì)(IVC-18)等國(guó)際會(huì)議的分會(huì)上也報(bào)告了他們的部分研究結(jié)果。

在2005年鄧文禮開(kāi)始關(guān)注國(guó)際上已經(jīng)廣泛開(kāi)展的納米仿生研究, 對(duì)爬行動(dòng)物壁虎的仿生學(xué)研究頗有興趣, 對(duì)攀沿植物爬山虎吸盤(pán)的粘附更是情有獨(dú)鐘。他率先提出了研究攀沿植物爬山虎吸盤(pán)粘附作用的新策略，從材料科學(xué)與工程、納米仿生、化學(xué)生物學(xué)以及基因組學(xué)等視角重新審視爬山虎吸盤(pán)及其粘附作用, 并且親自進(jìn)行了許多重要的初步實(shí)驗(yàn)和顯微學(xué)觀察。他首次測(cè)量了單個(gè)吸盤(pán)的質(zhì)量、粘附接觸面積、粘附力、粘附強(qiáng)度，系統(tǒng)地觀察了吸盤(pán)的微結(jié)構(gòu)，提出了信號(hào)隧道新概念，從細(xì)胞和分子層次分析吸盤(pán)具有粘附作用的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)研究初步結(jié)果在Nature Precedings (2008, 1, 15)網(wǎng)站公開(kāi)，隨后《自然科學(xué)進(jìn)展》（2008）和Pure &Applied Chemistry (2010) 雜志發(fā)表了他們的部分結(jié)果。目前, 課題小組在吸盤(pán)的化學(xué)組分分離與組分結(jié)構(gòu)測(cè)定、金屬元素種類(lèi)及其含量、仿吸盤(pán)結(jié)構(gòu)制造及其表面功能化與粘附作用等方面都取得了新進(jìn)展。研究小組還打算聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)優(yōu)勢(shì)實(shí)驗(yàn)室從化學(xué)生物學(xué)以及基因組學(xué)方面進(jìn)行系統(tǒng)探索。

鄧文禮每當(dāng)回想當(dāng)初開(kāi)展爬山虎吸盤(pán)粘附作用的研究時(shí)就有諸多感慨,一是研究經(jīng)費(fèi)奇缺, 二是研究條件不足, 而且研究課題本身具有相當(dāng)大的難度, 要想取得一定的進(jìn)展必須克服許多困難,“遇到的困難越多,取得的進(jìn)步越大”，這種信念鼓舞著他克服種種困難，仍然堅(jiān)持探索。

鄧文禮教授是一位對(duì)工作執(zhí)著追求、做事嚴(yán)謹(jǐn)、為人正直的人, 工作上表現(xiàn)出精力充沛、樂(lè)觀向上、不畏艱難。他自己認(rèn)為, 工作和事業(yè)始終都有壓力, 但又有源源不斷的動(dòng)力。鄧文禮目前正帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)和學(xué)生在分子設(shè)計(jì)合成和組裝構(gòu)筑課題方向進(jìn)行系統(tǒng)深入的創(chuàng)新探索, 相信鄧教授及其領(lǐng)軍的團(tuán)隊(duì)一定會(huì)沿著循序漸進(jìn)之路執(zhí)著前行，并將產(chǎn)生更多更好的研究成果。

鄧文禮研究小組的部分成員