“磁场”已培养60位教授！他耕耘17年发Science：我遇到个优秀博士生

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打开殷亚东实验室的网站主页，映入眼帘的不是最新的研究成果，而是一幅幅精美的“画作”：有傲然挺立的梅花、有结满果实的西瓜藤，还有高尔夫球、珊瑚礁、崇山峻岭……

电镜下的纳米材料结构图像：梅花香自苦寒来

了解后才发现，这些五彩斑斓的画作并非由画笔绘成，而是显微镜下的纳米粒子，它们经过组装后，呈现出了各种样貌。

“科研有时候很单调，我希望大家能从中找点乐子。”因此，殷亚东总是鼓励同学们，拍下实验中有趣的画面，特别在实验不顺利的时候。

殷亚东是美国加州大学河滨分校教授。17年来，经他实验室培养的硕博生、博士后、访问学者中，有60位在国内外高校、科研机构中担任正副教授、研究员。2011年，他入选汤森路透集团发布的10年来“全球顶尖一百化学家榜单”，并且还在“全球顶尖一百材料科学家榜单”中排名第二。

近日，他领导的团队在Science杂志发表论文，首次证实磁场分布具有手性，开发出了利用纳米粒子在磁场中组装以创建手性结构的新方法。这可以广泛应用于各类纳米材料中。

“如果说这项研究有什么偶然性，那就是我遇到个优秀的博士生——李志伟。”殷亚东对《中国科学报》说。

殷亚东（左）和李志伟

辛勤耕耘17年，研究结论6个字

在这篇Science研究发表之前，殷亚东已经在纳米材料磁性组装领域耕耘了17年。

概括来说，他和团队一直在做两件事：“制造士兵”和“排兵布阵”。

前者是不断制备新型纳米材料颗粒，如各类金属和氧化物纳米颗粒。后者即是组装，根据材料特性和实际需要，将纳米颗粒放置到合适的位置，使之形成新的结构，实现特别的功能。

从化学角度出发，他们希望能够实现“自组装”：制备出纳米颗粒后，让它们“自动找到同伴”，按照abcd……排列整齐。

这也正是其困难之处。想象一下，让两条漂浮在太平洋上的小船互相找到彼此的难度。如果有n条小船呢，如何能让它们根据指令排兵布阵？

磁性组装就是个好办法。“拿一块磁铁，可以把散落各处的钉子都吸起来。如果将不同的纳米颗粒附着在氧化铁材料上，纳米粒子就可以被磁场排排坐。通过改变磁场大小，这些纳米颗粒就会呈现出不同的结构和性质。”殷亚东说。

比如经过磁性组装的纳米颗粒会形成具有周期性的长链，使光发生衍射，形成光子晶体材料。如果将其嵌入钞票中，遇见磁铁就会变色，这可以应用于防伪标识、防伪涂层中。再比如化学物质检测，将检测液滴在相应的光子晶体上，根据其颜色变化可以判断是否存在某种物质。

提到课题组最近发表的Science论文，其结论一点都不复杂，甚至6个字就可以概括：磁场是手性的。换言之，磁场沿中轴线的分布，就像我们的左右手一样，互为镜像，但又无法完全重合。

根据这一特性，研究人员就能通过磁性组装，使任何材料在分子到纳米的尺度上快速形成手性结构。

这意味着，在短时间内，太平洋上那无数条随意漂浮的船只，可以在磁场作用下，按照手性分布排列整齐，无论是巨型游轮，还是小木船。

殷亚东

花5年把磁场刻进脑子里，临毕业迎来“灵光乍现”

既然是如此简洁明了的结论，为什么大家都没想到，偏偏是第一作者李志伟“吃”到了第一口螃蟹呢？

这还要从几年前说起。2014年，李志伟从苏州大学硕士毕业，来到加州大学河滨分校，跟随殷亚东读博。对于李志伟来说，从生物化学转向纯化学实验研究、聚焦于磁性组装方向是全新的体验。

在读博5年半的时间里，李志伟都致力于合成纳米材料，再将不同形貌、不同大小的纳米材料利用磁性组装成复杂结构，赋予不同的功能。用他的话说：“几年的积累，让我把磁场刻进了脑子里，无论想到什么问题，都会自然地把它和磁场联系在一起。”

临近毕业，他终于迎来了“灵光乍现”的时刻。

当时，李志伟读到了一些关于手性现象的文献，了解到手性在自然界中广泛存在，比如DNA、氨基酸的分布等。有趣的是，如果某一手性分子结构作为药物疗效很好，其镜像分子结构的化合物往往无法与目标分子结合，对治疗无效，甚至可能成为“毒药”。

读着读着，李志伟自然而然地想到，“磁场会不会是手性的？”他随即开始检索文献，却发现一片空白。

很快，这个刚冒出来的念头几乎被消灭了：“这听起来很简单，又很不可思议。如果磁场分布也遵循手性，那这么多年，前人为什么没发现？”

就这样，在毕业答辩的压力下，他将这个想法搁置下来。

时间来到2020年，受疫情影响，李志伟最终决定继续在本实验室做博士后，空闲下来的他开始着手进行实验验证。

当他用磁性纳米棒复制了磁场的空间分布，很快测量到了圆二色（CD）光谱，这提示着永磁体的磁场分布具有手性。“我就像发现了新大陆一样，非常兴奋！”李志伟说。

后来，他们又将手性结构通过纳米粒子的磁性组装转移到了各类材料中，包括氧化物、半导体、聚合物、小分子和荧光纳米材料等。

“通过对手性的调节，可以制造更复杂的光电器件，也可用于快速检测与某些疾病相关的手性或非手性分子，例如癌症和病毒感染。”李志伟说。

李志伟（左一）和家人在一起

享受单调的科研生活，给自己找点乐子

回顾李志伟的科研成长经历，殷亚东表示：“他读博的前两三年，都没做出特别好的结果，一直处在打基础、准备起跑的状态，和大家的差异也不明显。但从第3年起，他便做出了一系列很有意思的工作。而且越到后来，他越表现出有独特的思考和想法，而非仅仅完成某个任务。”

“只有将基础打牢，不会犯基本错误的时候，作为导师才可以为他搭上更高的平台。如果学生在基本实验层面还需要导师帮着一点点分析的话，导师就很难有用武之地了。”殷亚东说。

因此，殷亚东多年来指导学生的一个秘诀就是：花时间去观察学生处于哪个阶段，在不同阶段给予其相应的指导帮助。

临到毕业时，殷亚东还会和每个学生进行一次“促膝长谈”，细数他们拥有的武艺，如产生想法的能力、实验设计能力、实验操作能力、完整表达结果的能力等。经过剖析之后，学生对自己了解得更清楚，在未来的工作学习中也会更有针对性。

截至目前，经殷亚东实验室培养的硕博生、博士后、访问学者中，有60位在国内外高校、科研单位里担任正副教授、研究员。

在殷亚东实验室网站主页的最上方，“Science as Art”几个词赫然醒目。在他看来，大家做出的材料结构千变万化，在电镜下会呈现出独特之美，“很多时候我们的实验结果可能不尽如人意，但希望学生能留意到它展现出的结构之美。”殷亚东说。

电镜下的纳米材料结构图像：晶莹剔透的花

这些年，学生们拍下了许多有趣的画面，这些“画作”也多次获得美国材料学会“科学即艺术”奖项。

“做科研并不容易，有的时候很单调，也很枯燥，但希望能尽量给自己找点乐子。无法享受过程的话，怎么能做出好东西呢？”殷亚东对《中国科学报》说。

相关论文信息：

DOI：10.1126/science.adg2657

*本文图片由受访者提供

好了，关于已培养60位教授！他耕耘17年发Science：我遇到个优秀博士生就讲到这。