李宝会：高分子电脑游戏怎么玩？

阿平

【印象】如果有些人一辈子都会像少女一般的腼腆，她就是我面前这个一开口就会微笑的女人。话说回来，这就是小庄念念不忘的“高分子 人”的骄傲吧…… 番外广告：科学的逃兵可以在科学松鼠会重温往日美好回忆 & 科学松鼠会招募进行中！——松鼠会办公室实习生淳子
李 宝会：高分子电脑游戏怎么玩？
文 /小庄    协助采访/淳子

在 把李宝会称为一位“高分子人”之前，还是有必要来和大家说一下什么是“高分子”，一个听起来很高端的术语，但其实，它所涵盖的内容每天甚至每时每刻都出现 在你我的生活里——最常见就是那些塑料、橡胶、纤维。我相信，大街上许多人穿的H&M基本上是化纤，许多人在用的Apple产品也都离不开塑料， 更不要说手机、饰品、各种各样的包装盒、器皿……如果有一架功能较强的放大仪器，把以上物品所使用材料拿到下面去透视一番，就会发现搭建它们的基本单元是 有着简单重复链段的大分子——分子量在１万以上，此即高分子。
近一个世纪以来，高分子材料工业飞速发展，各国科研界也逐步建立了关于高分子 物理与高分子化学的学科研究，特别是最近这些年，具有特殊功能的生物医用高分子、光电磁功能高分子、高分子分离膜等新材料不断涌现。与此同时，高分子物理 的基础理论也得到了较快的发展。正是在这一背景下，2001年，参加完一个上海交大组织的学术交流会归来，南开大学物理系教授李宝会放弃了原来的研究方 向，转而做起了高分子物理。在更高的层次上，高分子被归类于软物质。
“做这改变挺难的，因为确实是完全不同的领域，但考虑到原先的方向有点 窄，还是下定了决心。”如此选择不可不说相当明智，在恩师丁大同教授的鼓励和支持之下，她在接下来数年中综合运用“软凝聚态物理方法”以及“分子模拟技 术”阐明了典型软物质—嵌段共聚物自组装材料的微观形态结构及其演化规律，为可控制备新型纳米器件、纳米反应器等提供了有力的理论依据，并对“软物质体 系”中的一些基本问题进行了探讨，在国际刊物发表SCI论文50余篇，得到国际同行的高度评价。

1月26日，在“青年女科学家奖”颁奖现场见到这位成绩斐然的 女教授时，我们惊讶于她的柔弱外表和好似女大学生一般的腼腆，但展开交谈即发现外表仍很年轻的她有着经过历练而来的亲切与耐心。后来的采访中，她娓娓将自 己从外界眼中看来颇显高深的工作为我们做了一番深入浅出的解释，听起来也是十分好玩——犹如一款电脑游戏，只不过，角色设定为一条条链状聚合物。
3 年多前，明尼苏达大学教授、同时也是高分子领域内重量级期刊Macromolecules的主编Timothy  Lodge领导的研究团队所做一项工作引起了李宝会等人的注意，Lodge组通过实验对一种星形三嵌段聚合物在稀溶液中形成的胶束进行了研究，发现它们会 自组装形成大量有趣的形态，有的是有横向结构的囊泡，有的是碗状的半囊泡，还有的呈现为多边形的片层，甚至有的长得如同节虫，有的如同汉堡，有的如同树 莓，这个小组不仅对这些形态进行了详尽的总结，并就此展开了理论方面的探讨。“因为这个体系和我们当时在做的蛮接近，只不过我们的还只是两嵌段，所以受到 了启发，想到也去组建一个三嵌段的模型来进行计算机模拟，看看会出现什么样的结果。”于是李宝会和同事、学生们一起就这个想法提炼出了一些建模的元素，继 而编程测试，调整参数，确立了这个课题——对杂臂星形三嵌段聚合物在溶液中的自组装行为进行了模拟研究。
模型聚合物由一条“亲溶剂”嵌段和 两条“斥溶剂”嵌段所组成，不同嵌段之间互不相容。这就决定了在不同嵌段之间以及嵌段和“溶剂”的作用过程中，会因为“亲”和“斥”两股力量之间的缠斗， 而出现复杂的表现形式。由于是计算机模拟，和实际合成还是有很大不同，比如为了避免将运算变得过度繁复，模型中不使用真实的单体，而只选择一些具有代表性 的链节，“这是一种粗粒化的处理，每个链节对应于多个单体的组合。”实验中每种嵌段可以有不同的化学成份，还可以有不同的溶剂，模型中就表现为嵌段之间、 或嵌段和周围环境的不同相互作用，大约在2008年初，他们看到了第一个“胶束”，“过程还是比较顺利的，也没有过度惊喜，因为基本上也猜想到了就会是这 样。”
这个工作最终发表在2009年5月的《美国化学会志》（the Journal of the American Chemical   Society），文章中预言了大量形态各异的胶束，除了Lodge组已经观察到的那些，还有一些实验中没有报道过的。他们还发现了一些规律：胶束形态在 很大程度上由“亲溶剂”嵌段所占比例所控制，胶束内部的结构则和两条“斥溶剂”嵌段的长度之比有关。李宝会希望自己的工作可以找出一些好的体系，以及预测 一些更有趣的胶束，启发做实验的人去观测，去实现。这项工作是非常有意义的，如纳米级囊泡状胶束目前被认为有极其广阔的应用前景，它具有中空结构，如果能 在其中置入药物，就有望成为很好的“药囊”机器人，此外，许多科学家也看好它作为纳米反应器的可能。
而她接下去的一项工作也相当有意思，设 想是模拟一些带电高分子，“我们把静电的作用考虑进来，这样就会非常接近生物大分子体系。”  高分子链单元上有些离子基团在诸如水之类的极性溶剂中被解离，释放出反离子并使高分子链带电，比如说带正电荷的基团脱落下来，那么剩下的长链就带上了负 电，这叫做“聚电解质”。大多数生物大分子都是聚电解质。由于相同电荷之间会互相排斥，相异电荷之间会互相吸引，于是一定能观察到不同的聚集形态。其实 “聚电解质”方面的工作一直以来都有人做，应该说这个体系此前已经受到了很大关注，但“大家各做各的，没有统一起来”，即使对聚电解质单链体系，也还没有 一个系统性的理论来描述。多链的则更加复杂，目前尚没有统一的理论描述。，这种群雄逐鹿的局面让李宝会跃跃欲试。
每年要招收1~2名博士 生，一个人支撑一个偌大的实验室，繁忙工作之余，李宝会还要照顾12岁的可爱女儿，对于这样一位“物理学家妈妈”，小女孩是怎么看待的呢？“她倒没有显出 多么敬佩我，虽然有时候来到我办公室，也表现出一点点好奇。我们是做计算机模拟的，也就是对着一台电脑，现在的孩子啊，早就开始用电脑了，觉得这算什么 嘛！”

Q：您对女性美怎么看？
A：美不仅是外在的天赋 的美，还是内在的气质。
Q：这次入围中国青年女科学家奖想感谢谁？
A：想感谢的人很多，一路成长来的老师尤其是研究生导师， 丁大同教授，还有张光寅教授，他们教会了我如何敬业、如何奉献。
Q：过去一年里你的领域内最令人激动和兴奋的进展是什么？
A： 过去一年这个领域内有许多令人激动和兴奋的进展，如与DNA相关的自组装以及模仿生物体系的复杂多极自组装等。和我的研究最相关的是利用嵌段共聚物自组装 的形态结构实现纳米尺度刻蚀。
Q：从你的领域出发，幻想中的未来是怎样呢？
A：能用计算机模拟更复杂和更接近真实的微观世 界，为更多新材料的设计和制备提供系统的理论预测；人类有一天或许能够通过分子模拟再现生命的复杂自组装过程，从而揭示生命的奥秘，促进医学的发展。

【李宝会简历】
南开大学李宝会教授1984年考入南开 大学物理系固体物理专业，后攻读物理系凝聚态物理专业硕士、博士研究生，于1994年留校任教。自2001年至今，李宝会任南开大学物理科学学院物理系凝 聚态物理教研室主任，先后获得国家自然科学基金、教育部高等学校骨干教师资助项目、教育部新世纪优秀人才支持计划和国家杰出青年科学基金的资助。
【松 鼠办公室实习生淳子小姐对李宝会的印象】
西装衬得人很娇小、格子衬衫、羞涩、朴实、安静、温婉地笑、近处聊天时注意到很特别的项链闪闪发 光、在谈到自己领域的时候显得很高兴、但不是一个天生侃侃而谈的talker。显然，她是一个实干者。喜欢侍弄些花花草草。做家务活的时候，心里面也在想 着科学的问题。她坦承第一次出席这样的媒体发布会有些不习惯，但也认为这样推广科学的方式未尝不可一试。经历了数次电话邀约以及此次诚恳的面谈，这个骨子 里其实执拗的女人终于答应接受我们的采访。

【背景链接】
“中国青年女科学家奖”由中华全 国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会、欧莱雅（中国）有限公司共同设立，旨在表彰奖励在科学领域取得重大和创新性科技成果的 女性青年科技工作者，激励广大女性青年科技工作者为建设创新型国家、构建社会主义和谐社会贡献力量，鼓励引导更多的女性从事自然科学工作。该奖每年评选一 次，从今年起获奖者年龄不超过45周岁，名额不超过6名，其中至少1名为在西部地区工作的女性科技工作者。


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