张文彬带领大家在“化学之美”中领略分子建筑学之美

上月27日15时，由图书馆、化学与分子工程学院、北京科技情报学会青年工作委员会联合主办的“学科之美系列讲座——化学之美”第四讲在图书馆南配楼艺术鉴赏厅举行。北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师张文彬以“分子建筑学之美”为题，带领大家了解蕴含在分子设计和分子排列中的结构之美和思维之美，欣赏分子建筑学的“无用之用”，了解它的“有用之用”。讲座由化学与分子工程学院博士后王进主持。

讲座伊始，张文彬以一个具体的问题引入——“如果只留一句话给后世，该如何用最少的词汇传达最丰富的信息?”费曼的答案是“万物皆由原子构成”。张文彬层次清晰地介绍了原子与分子结构的特殊性。作为维持物质化学性质不变的最小单位，分子具有高度可变的尺寸和复杂度，并通过超分子化学形成分子组装体和聚集态，具象化成为物质实体，演绎出大千世界多层次的丰富构成。化学搭建起微观和宏观的桥梁，通过操纵原子改变分子，具有创造全新物质的能力。张文彬指出建筑学与化学的相似之处，建筑学依据物理规则与机械原理设计和构建亭台楼阁轩榭廊舫，而化学则依据对于化学键与次级键的理解设计和构建分子和物质。

张文彬分别向同学们描绘了分子建筑的静态和动态图景。在静态图景中，他以形态各异的纳米小人、索烃、纽结、柏拉图多面体、阿基米德多面体等例子说明分子结构有序的对称美和形象美，凸显了化学结构的多样性和趣味性;在动态图景中，他讲解了链折叠的构象空间，以蛋白质折叠结构为例阐明了链结构为何能够产生更加丰富的分子形状和功能。由于高分子链的折叠结构信息完全蕴含在一维序列中，信息科学和化学科学在这里交汇。在此基础上，不难理解大自然在应用进化发展具有丰富功能的蛋白质方面的“无为而无不为”。

张文彬对比了生物高分子和合成高分子的不同，生物高分子序列丰富多样，包含了化学和信息科学交叉的可能，而合成高分子序列单调，这一差异充分体现了大自然作为化学家的精巧和奥妙。他提出，化学家可以利用DNA组装的鲁棒性和可设计性，设计定制丰富的组装体形状，也可以通过拓扑改造超越大自然对于生物大分子线型主链结构的限制，并借助人工智能、赋能和加速分子设计，不再依赖直觉和运气，并变得更加准确和高效，打开生物大分子工程的崭新维度。

所有同学在讲座中受益颇丰，就高分子化学等相关领域的问题与张文彬进行了热烈的交流，张文彬一一为大家耐心解答，肯定了同学们思考探索的价值。

主讲嘉宾简介：

张文彬，2004年获得北京大学理学学士学位，2010年获美国阿克伦大学博士学位。北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师、特聘研究员。主要研究领域为高分子化学与物理和蛋白质工程。自独立开展工作以来，以“精密结构高分子”为中心，对高分子的设计、合成和自组装作了积极的尝试和深入的研究，致力于通过结合生物大分子和合成大分子的设计理念和独特基元，发展具有精密结构的非传统高分子，实现对其化学结构和物理结构的精准控制，以发展相应的功能材料。至今为止，已在Science、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Cent. Sci.、Giant、Macromolecules等国际重要学术期刊发表论文150余篇，其中118篇为第一或通讯作者，总他引5000余次。曾获日本化学会杰出讲座奖(2017年)、国家杰出青年科学基金(2019年)、Bayer Investigator Award(2021年)等荣誉和人才计划。