學術貢獻 〉數學及自然科學-第二十五屆國家講座主持人/臺灣大學化學系教授/邱勝賢-有機化學新突破,邱勝賢讓智慧材料可同時多維度變化
2022-9-05

科學進展日新月異,未來的智慧材料,甚至能讓材料因某種條件的更動,例如照光或加溫等,就能放大或縮小。這是臺灣有機化學在國際上的研究突破,由榮獲第二十五屆國家講座主持人獎的臺灣大學化學系教授邱勝賢,與他的研究團隊花費十年時間,「以內鎖雛菊鏈建構多維人造分子肌肉」的成果登上國際知名化學期刊《Nature Chemistry》。

雛菊鏈花環的研究,和邱勝賢在美國唸碩博士的恩師史多達爾(J. Fraser Stoddart)教授有很大的關聯性。史多達爾是當時邱勝賢在美國UCLA唸研究所時期的指導教授,更是二○一六年諾貝爾化學獎的得主。

史多達爾教授主要的專長在內鎖分子研究,其創舉在於他創建了以車輪烷(rotaxane)或交環烷(catenane)形式的分子開關作為奈米等級分子機械的模擬。其中經典的分子設計概念之一,是利用一個帶正電的線形分子被一個具數個不同電子豐盈辨識中心的啞鈴形分子所吸引,並因相互間的作用而在辨識中心上進行環合反應,形成內鎖於啞鈴形分子上的正電大環分子。史多達爾教授則利用酸鹼或氧化還原等方式,操縱大環分子在啞鈴形分子上的不同辨識中心間進行來回移動。相關的分子開關與分子機械的發明對於未來各種分子電子元件的建構與前瞻性應用,提供新的方向與多樣化的材料選擇。

領先克服高階環狀雛菊鏈合成困難

回到「以內鎖雛菊鏈建構多維人造分子肌肉」的研究上,邱勝賢在發表的論文摘要裡寫道:「一直以來,雛菊鏈花環在分子層級所組裝得到的產物都是二聚體。由於二聚體可針對外部刺激作出類似一般生物肌肉分子在長度上的收縮和伸張的循環變化,因此被認為是相當好的人造分子肌肉單元。理論上,高階環狀雛菊鏈應有機會在多維空間中展現分子肌肉的行為,並衍生出可同時進行多維度變化的智慧材料。」

邱勝賢表示,這項突破性的研究,之所以能被國際知名期刊刊登,是因為過去選擇性組裝環狀雛菊鏈三聚體或四聚體,在化學合成上一直是個難題。邱勝賢與研究團隊整整花了十年時間,成功克服了高階環狀雛菊鏈在自組裝生成上的困難,一舉完成環狀雛菊鏈三聚體與四聚體的選擇性合成。並證明其結構在內鎖後,能成為可受操控,而且可以同時在多維空間中模擬生物肌肉運動之人造分子肌肉。

面對失敗先把實驗桌收乾淨,明天再來

以十年克服研究上的困難,時間真的不算短暫。實驗失敗是必然,但邱勝賢說:「沒有成功的實驗,並不表示你沒有學到東西。」

他經常看見許多學生,面對實驗失敗多次後,就想放棄。這時,他都會告訴學生,他自己大學時做的實驗幾乎都是失敗的。但是,當下他只做一件事就是:先把實驗桌收乾淨,明天再來。

「沮喪、有情緒,每個人都會有。把實驗桌收拾乾淨,也是在收拾自己的心情。明天再進實驗室時,至少我有一張乾淨的實驗桌,可以從頭再來過。」邱勝賢透過這種方法,一方面讓自己轉移情緒,一方面調整心情。

邱勝賢坦言,當初選唸科系時,他一心一意就選了化學,是因為他非常喜歡做實驗。然而,他也知道實驗裡遇到失敗的機率遠大於成功。只是,他喜歡挑戰的過程,而每一次的失敗都會逼著他思考更多「為什麼」。

「很多的失敗,讓我在面對人生很多事情時,能覺得沒那麼不可接受,」他從容地說。

遇諾貝爾獎得主恩師開啟研究新視野

就像他剛到美國唸研究所時,原本已找好指導教授,開始做研究,後來卻經歷一連串波折,讓他的研究生涯一度遭受很大的打擊。

原指導教授因故而無法再繼續任教,使得邱勝賢被迫要重新尋找新的指導教授。在異鄉,適應文化的壓力、論文研究的壓力,都讓邱勝賢在美求學初期,心裡極度不適應。但幸好邱勝賢是個「行動派」,雖然內心有徬徨,他仍然積極的去敲了後來的恩師—史多達爾教授的門。

「一切都是緣份,」邱勝賢說,曾被史多達爾教導過,是此生最大的光榮與幸運。「或許這就是塞翁失馬,焉知非福。」

人生總是如此,起初看來是糟糕的際遇,但回頭看,都是最好的安排。「Stoddart教授是個非常仔細、嚴謹、又努力的人,我從他身上學到這些特質,然後努力讓自己也成為這樣的人,」談起恩師,邱勝賢滿臉笑容。

「一個人會仔細,並不是天生的,而是後天訓練出來的,」邱勝賢表示。在美國唸研究所時期,他永遠記得每次經過史多達爾教授的辦公室都可以從他辦公室的透明窗口,看見那個正埋首在書桌前振筆疾書批改報告或論文的身影。

「我們交進去的報告上,總是會看到他用藍筆、紅筆,各種顏色的筆劃線、註記、許多密密麻麻的標示。他總是很認真地對待每一份學生交進來的報告。」邱勝賢說。

當他回到臺大任教,也是稟持著這樣的心境,以一天十二小時,一週六天的方式到學校工作,周日就算在家休息,也仍然會找時間審查國外期刊頻仍送來的稿件。「我覺得時間過得比當學生時還緊湊」邱勝賢笑著說。

在繁忙的研究與教學工作之間,邱勝賢興趣就是小說和棒球。邱勝賢從小就愛閱讀,尤其看非常多的武俠小說。他最愛的作家是古龍。各類型的小說他都喜歡,甚至連網路小說,都是他會閱讀的類型。除此之外,邱勝賢還是個棒球迷,從小就愛打棒球的他,長大後雖然不打了,但是只要有棒球賽轉播,他必定會撥空收看。

才剛進入壯年的邱勝賢,外表相當「凍齡」,若不是在走廊上遇到學生叫他一聲「老師好」,都覺得他還只是個博班研究生而已。 問他如何保養?邱勝賢笑著說,「用一顆隨遇而安的心,面對每一刻。」

這也是他想給所有年輕學子的鼓勵,該遇到的總會遇到,人生路上,正面看待各種挑戰與際遇,就不會埋怨或慌亂。


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