分析化学泰斗 青年英才恩师
周一海
“这些年,我亲见陈(洪渊)先生除了出差或开会,总是在办公室忙碌地处理科研工作,夜以继日,废寝忘食。在先生这种忘我工作的感召与鼓舞下,学生们都能自觉地勤奋工作、奋力拼搏。陈先生对于科研数据和论文精益求精,可以说是一个‘完美主义者。”
中国科学院院士陈洪渊的得意弟子徐静娟曾这么描述恩师的工作状态。至今,“完美主义者”陈洪渊已经培养了120多名博士和硕士,指导了10余位博士后。其中,有8名国家杰出青年基金获得者、3位教育部长江学者特聘教授、3名国家优秀青年基金获得者,2人获得中国女青年科学家奖,1人成为国际电化学学会会士,3人成为英国皇家学会会士……
50多个春秋过去,年已八旬的陈洪渊如愿将学生们培养成了“骏马”,他也在《自然》杰出导师奖的评选中被授予“(南方)杰出导师终身成就奖”。
同学中的“尖尖角”
1956年,陈洪渊以高考化学离满分仅差两分的优异成绩,被南京大学化学系录取,从此与南京大学终生结缘。
当年高考,陈洪渊选择的第一志愿却是核物理。“当时国际时局比较紧张,国家急需核武器研究人才,尽管我偏爱化学,但更希望成为国家最急需的人才。”陈洪渊朴实的言语中充满时代的责任感。如果不是太过出色的化学成绩引起了南大化学系的注意,或许现在的陈洪渊会是另一种人生状态。
1958年,南京大学成立了放射化学专业,陈洪渊再次被选中,分到这个专业学习。这个专业“新”到根本沒有现成的教材,老师们只能将期刊文献和苏联提供的一些资料编译成讲义。因是保密专业,学生们都不得不与其他专业的学生“隔离”,单独上课、做实验,根据国家下达的科研任务开展科研工作。
陈洪渊还清楚地记得,当时放射化学专业的课程设置很多很重,无章可依。除了放射化学、放射性测量等是专业主课,无机化学、有机化学、物理化学和高等数学也都是主课,还必须学习核物理和应用电子学、脉冲技术等相关课程。这种跨界式的学习并没有给陈洪渊带来太多的压力。甚至早在调配专业之前,他就已经对电学、数学、无线电学等有所涉猎。他动手能力极强,曾在老师的指导下,试制成高频滴定仪和电导分析仪等实验装置,还当上了由学生组织起来的电子仪器厂“厂长”。
在学校眼中,陈洪渊绝对是一只“潜力股”。陈洪渊按规定毕业的前一年,学校决定将他留校并调到分析化学教研室当预备教师。“高鸿教授(1980年当选院士)当时是我们分析化学教研室副主任,他认为分析化学专业的教师应该有更多的数学和电子学知识。”陈洪渊此前的学习经历,让他再一次脱颖而出,坐到物理系的课堂上成了半个电子学专业的学生,不仅学习了数理方程和无线电电子学专业的各门课程,还直接加盟物理系举办的“无线电师资培训班”,脱产进修。
1963年,陈洪渊推导出关于耦联化学反应的交流极谱催化电流的方程式,并写出了他的处女作科研论文《交流极谱催化电流理论》投到《南京大学学报》。就在陈洪渊为稿件能否刊发忐忑时,美国Analytical Chem-istry上的一篇醒目的最新论文,恰巧与陈洪渊那篇文章有异曲同工之妙。当时的系主任戴安邦教授(1980年当选院士)获悉后,极为重视,亲自向学校推荐,不仅将他的文章破格录用抢先插入正在发排的南大学报上,还要求付给他最高稿酬120元。不要小看这个数字,当时陈洪渊每个月工资也只有53.4元。
赴德开眼看世界
“文革”10年,陈洪渊既没参加“派斗”也没“逍遥”,除了必须参加的活动,他仍然坚信“读书有用”,十分爱惜时间,做了一些有益工作。
在经历了不平常的1966~1968年后,闲不下来的陈洪渊看到全国兴办半导体工业的大走向,深入一线,帮助半导体锗厂建立起半导体锗多数和少数载流子寿命的检测方法。后又与江苏电分析仪器厂联合试制检验环境中重金属污染的阳极溶出分析仪,以及离子选择性电极等。1969年后,他与伙伴们研制出了在乙醇—液氨体系(-60℃)下,以产生硅烷来制备半导体材料多晶硅(Si)的方法。
1972年,南京大学开始招收工农兵学员,陈洪渊又当起班主任,积极投入到“新身份”里。直到1978年全国科学大会召开时,高鸿教授领衔的“近代极谱电流理论研究”被授予科学大会奖,陈洪渊作为第二完成人赫然其中,人们才发现,陈洪渊早期的成果为这个项目的圆满完成做出了突出贡献。然而,在陈洪渊看来,得到肯定固然可喜,追赶时光才是他的人生大事。国门之外的世界那么大,他想去看看。闯过数重考核,历经曲折,又去上海外国语学院“折腾”了一年的德语,1981年10月,他终于如愿走出了国门,前往德国MAINZ大学学习。
幸运的是,陈洪渊遇到了国际著名的电分析化学家R.Neeb教授。得知陈洪渊有电化学理论基础,Neeb教授就要他开展此前十多年来一直想着手的课题———“电化学伏安电流温度效应”的基础性研究。
陈洪渊十分珍惜这个机遇,他用近一年时间对各种极谱电极动力过程诸方法中所包含的29个体系进行了精细测试,并获得大量实验数据,以期从中寻找出电流与温度的函数关系。
就在他还在忙于分析实验数据的时候,Neeb教授与其助手已归纳出一个电流与温度关系的普适公式。
根据这个经验公式,在0℃~50℃(i.e.273K~323K)的温度范围内,实测电流与拟合公式得出的结果的相对误差均在±5%以内。这样的结果是可以接受的,Neeb教授也非常高兴,对陈洪渊说:“陈先生,这个方程式就是我们的结论!”
陈洪渊看了后也很为之开心,但他马上醒悟到,尽管公式在这段可测的温度范围内符合得很好,却经不起推论。因为,当温度在绝对零度时,电流不为零而为常数;而当温度趋向无穷大时,电极反应产生的电流不趋向极限值竟为无穷大,显然是谬误。出于礼貌,陈洪渊当时只是说,还有点问题要回去好好想想。回去后经过仔细思考,他在合理简化假定的基础上导出了新的方程式。
此式将不符合热力学原理的两个极端情况下的谬误都纠正了。这样一来,实验数据与公式拟合结果的误差均在±1%以内,而且,除了可测电流及其温度系数,还能测定反应活化能和推算不同温度下的电流。经验证后,Neeb教授完全明白了,十分感慨地说:“要不是陈先生,我们两位德国教授和博士差点就要闹出大笑话来!”对于这位名不见经传的中国学者,Neeb教授给予高度评价,他一直称这个公式为“陈氏方程”。直到现在,“陈氏方程”依然被广泛引用。陈洪渊的名字也第一次进入国际化学界的舞台。
之后,在Neeb教授的支持下,他获得德国大众汽车公司基金会10万马克的资助。用这笔钱,他在1984年1月回国时,带回了一台国内难求的电化学分析仪,复印了大量资料,外加若干图书和两箱仪器记录纸。“这项资助对我后续研究工作的作用是决定性的。”
打响“时间争夺战”
“上世纪80年代,不像现在一回国立即能得到一笔可观的启动经费。”陈洪渊从德国回来之初,尽管已经根据国际前沿动态,决定以生物物质为对象,转而开展微(超微)电极新方法新技术的基础与应用以及生物电化学方面的研究,可终究巧妇难为无米之炊。
转机发生在1985年。他先是获得了高鸿院士的支持,与其共同申请获得了由中科院主持的最后一批科学基金,又在次年申请到了国家自然科学基金委成立后第一批面上基金。
陈洪渊立即废寝忘食地投入到“时间争夺战”中。“我出国的时候已经44岁了,可以说年近5旬我才走上真正意义的科研之路。”言谈中,他总是有一种紧迫感。
“与时间赛跑”的陈洪渊在微电极理论和应用研究上取得了一系列杰出成果。其中,关于超微电极阵列扩散层屏蔽效应的理论被写入以IUPAC电化学委员会为名义总结的技术报告中。自1975年到2000年,涉及微电极基础与应用研究的论文逾万篇,该报告只引31篇文献为代表作,陈洪渊的论文就在被引之中。
到上世纪90年代初,陈洪渊与其指导的博士生共同发表了用“稳态反应—扩散层”概念,大大简化了偶聯多级化学反应复杂电极过程方程的求解方法,受到国际学术界青睐,被国际公认的经典电化学教科书“Allen J.Bard & Larry R.Faulkner,ELECTRO-CHEMICAL METHODS:Fundamentals and Applications”所引用。该教科书风行国际,也是中国相关专业师生必读之作。迄今,中国从事电化学与电分析化学基础理论研究的成果被引进其中的,仅此一例。
伴随着生命科学的迅速发展和纳米科技的异军突起,陈洪渊的研究也步入与时俱进的状态。他所建立的仿生电催化界面和高灵敏生物传感测定方法,以及研制成的数十种生物电化学传感器,在生物物质检测和药物开发与医疗诊断上有广阔的应用前景。他开创了在场效应管绝缘栅界面的纳米组装,将纳米粒子引入离子敏场效应管的栅极,研制成国际上第一支纳米粒子修饰的性能优良的场效应管生物传感器。
在芯片实验室领域,他率领团队发明了一种新型芯片毛细管电泳电化学检测法。它在同一系统中,既可对电活性物质进行检测,又能定量检测非电活性物质,解决了长期以来困惑微通道中分离高压对电化学测定系统耦合干扰的难题,拓宽了电化学方法在芯片实验室中的应用范围,国际同行预测“将来芯片上的电化学检测会受益于电泳电场”,而“这为建立简单、一次性使用的芯片实验室器件打开了大门”。
“栽下梧桐树,引得凤凰来”
陈洪渊是南京大学分析化学教研室任职最长的室主任,从1985年开始到1997年年卸任,他在任整整12年。
学科要可持续发展,归根结底取决于人才。事实上,从1991年起,陈洪渊就开始面对学科发展道路上的人才危机。随着一批老教授的退休和高鸿院士的调任,分析化学教研室一度只剩他和另一位年轻教授以及几位副教授。人才队伍青黄不接,成了陈洪渊面临的最尴尬局面。为了留住人才,陈洪渊将自己的科研项目经费拿出来支持刚引进的年轻教授,让出自己的学生来充实他们的研究力量,在招收博士生和硕士生时,也对这些新晋人才大开方便之门,优先满足他们的需要。不仅如此,他还将自己的经验倾囊相授,并将一批年轻人推向“973”“863”项目及国家自然科学重大项目首席科学家或课题负责人位置,使年轻人得以尽快成长。
陈洪渊的人格魅力感染着这些“新人”,令他们相信南京大学会是自己事业发展的沃土。而陈洪渊也更加悉心地栽培分析化学学科这株“梧桐树”,将其培育得枝繁叶茂。
经多方奔走,陈洪渊争取到学校和教育部等相关部门的支持,分别创建了南京大学分析科学研究所、生命分析化学教育部重点实验室和生命分析化学国家重点实验室,由他出任研究所所长、部重实验室主任与国重实验室学术委员会主任。经过陈洪渊苦心“经营”,形成了一支以中青年教授为主体,锐意创新、团结协作的研究群体。在他的努力下,南京大学的分析化学研究长期处于学科发展前沿,该学科至今已从国外著名高校引进4名教授和3名副教授。学科里更是先后涌现了教育部“长江学者特聘教授”3名,国家杰出青年科学基金获得者5名,教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者6名,“新世纪百千万人才工程”国家级人选2名,“国家千人计划”1名,青年千人4名。他们与陈洪渊院士一起,将分析化学学科从原本的电分析化学、环境分析和生化分析3个主要研究领域,扎扎实实地拓展到生物分子界面行为研究、生物分子识别、微纳尺度生物分析、疾病标志物甄定、检测与仪器装置4个前沿研究方向。而陈先生本人也在广大师生中赢得了“战略家”的称号。
桃李满天下
南京大学鞠熀先教授是陈洪渊的第一个博士弟子,但他从本科毕业设计开始,就在陈院士指导下开展起科研生涯中的第一个科研项目金属离子的伏安分析方法研究了。
“当年,陈老师从德国带回一套进口电分析仪器。在他手把手地指导下,我利用该仪器在本科毕业设计中提出了铼元素的高效检测方法与大量Ni(II)离子存在时CO(III)还原的电极过程。在我先后成为他的硕士和博士研究生后,陈老师又鼓励我克服研究设备缺乏的困境,瞄准国际前沿领域,开展超微电极伏安法研究,并在电极制备、微电极基础理论与分析应用研究方面提出具体指导性建议。他深厚的理论功底、灵活的指导方法、敏锐的创新意识和忘我的敬业精神让我的科研工作取得开拓性进展,并被选留在本校工作。”鞠熀先回忆说。现今,他已经是教育部“长江学者”特聘教授、英国皇家学会会士、生命分析化学国家重点实验室主任。
徐静娟第一次见到陈洪渊是在1994年。在那之前,她在工业界已经工作4年,但在科研上基本还是一张白纸。
看到学生的不自信,陈洪渊耐心启发她的思路,倾听她的想法。在导师的指导与鼓励下,徐静娟逐渐形成了勇于探索、勤于思考、乐于实践的优秀品质,迅速成长起来,逐渐总结出一套适合自己做科研的方法,很快成为一名独立的科研人。如今徐静娟仍在陈洪渊麾下工作,但已经是国家杰出青年科学基金获得者、教育部“长江学者”特聘教授,荣获英国皇家学会会士、中国女青年科学家称号。2007年,徐静娟与恩师共同被授予国家自然科学奖二等奖。
在学生们眼中,恩师的故事可以说上几天几夜。可陈洪渊却认为,他做的一切无非是一个原则———“有为而无为,天下为之用”。他相信学生们都是“有为”的“骏马”,乐于以“无为”的形式去指引他们。在课堂上,他倡导启发式的教学理念,将看起来玄奥的概念生动活泼、深入浅出地讲解出来,激发学生学习的兴趣。陈洪渊习惯因人施教。学生底子好的,他放手让他们自由发展,不做过多干预;学生基础弱的,他就连如何写好论文都一步步指点,让他们渐入佳境。
庄乾坤,教授、博导,国家自然科学基金委化学部分析化学学科主任;胡校亚,扬州大学副校长;张书圣,临沂大学副校长;王雪梅,又一位中国青年女科学家和国家杰出青年科学基金获得者;侯士峰,国家千人计划海外特聘专家……每一个名字,都蕴含着陈洪渊的心血。他是严格的,也是体贴的,更是他们的后盾和担当。而他们,无论身在何处,都已经是一匹“骏马”,也在他的耳濡目染之下,培养更年轻的“骏马”,将他的教育理念传承下去。
(责编 孙礼勇)