经过“失败的努力”……
2024-09-12高杰磊
现就读于耶鲁大学,高中毕业于北京市第八十中学国际部,曾获丘成桐中学科学奖全球总决赛化学银奖、全国青少年科技创新大赛中国科协主席奖、北京市朝阳区青少年科技创新大赛科学研究论文项目高中组一等奖等。
我从小喜欢阅读自然科学类的读物,这些书里有一些很好玩的问题和解释,比如为什么冬天温度那么低,水里的青蛙不会被冻成冰块?火是什么东西……这样的阅读爱好与习惯我一直保持至今。
上小学时,一次偶然的机会我读了《十万个为什么·化学卷》。这本书就像是打开了我的“化学之门”——我了解到,那么多我想象不到的现象,竟然都源于门捷列夫发现的元素周期表里的元素。这些元素通过各种各样的组合,形成了宇宙中的各种物质,并产生了千变万化的世界。
后来,我完成了初中和高中的化学课程学习,完成了AP化学课程(大学先修课程)的学习并取得了满分的成绩。我也努力提高实践能力,曾和同学一起参与过防晒霜性能的测定,参加了约翰-霍普金斯大学举办的夏令营,学习了化学与社会课程,动手做了不少基础实验,实地分析了城市污水。
2020年,我作为队长和7位同学一起开展了“提高中学生合理处置医疗废弃物意识”的科创活动。通过这次活动,我加深了对包括口罩在内的塑料废弃物引起的环境危害的了解,也对塑料这种人类发明并广泛使用的高分子材料产生了兴趣。
这些经历,让我逐渐认识到化学的魅力,也加深了我对化学研究的兴趣。
2021年秋季,我通过选拔入选了中国科协和教育部组织的“英才计划”,有机会进入北京师范大学邢国文教授课题组开展化学研究。
项目最初是研究具有聚集诱导发光(Aggregation-InducedEmission,AIE)效应的新型荧光探针的设计与合成,重点研发具有四苯基乙烯官能团(TPE)的新型荧光探针,并研究其在细胞成像中的应用。
在研究过程中,有一次偶然的机会,我发现所合成的新分子TPEF对塑料材料表现出极好的亲和力,纯化过程中柱色谱上的塑料管和垫圈被染色,在紫外线照射下呈现粉红色荧光。
最初发现这种现象时,我曾尝试用多种溶剂来清洗荧光染料染色的橡胶管和色谱柱塑料垫圈,但是这些尝试都没有成功。经过一番“失败的努力”,我意识到TPEF对塑料的亲和力非常强,因此染色的塑料管和垫圈无法恢复到原来的颜色。结合我过去的科创和研究经历,又阅读了一些关于微塑料的文献,我突然有一个想法:是否可以利用TPEF给微塑料染色,实现塑料微粒的可视化呢?
这个想法得到了老师们的支持,由此产生了一系列很有趣的实验一一
设计并合成了新的荧光化合物分子TPEF。
使用TPEF对多种微/纳塑料(PS、PMMA、PVC、PET等)进行了染色。首次采用含有染色PS微/纳塑料的水培养豆芽。通过共聚焦显微镜观察豆芽中胚轴的表皮和横切面。结果表明,微/纳塑料颗粒可以吸附在豆芽表皮,并进入豆芽下胚轴中。
这项研究表明,新型荧光探针TPEF是一种高性能的塑料微粒染料,尤其适用于纳米塑料。豆芽在生长过程中会被水中的塑料微粒污染,从而对人类健康构成潜在的威胁。这项工作为未来关于微塑料和纳米塑料的研究提供了新的荧光可视化探针选择。TPEF有可能成为一种广泛应用的塑料微粒可视化荧光探针。
通过这次长期、持续的科研活动,我也进一步坚定了未来从事科学研究的信念,希望可以探索更多未知的自然奥秘。
王珩
北京市第八十中学化学教师
以什么态度面对“失败”,是兴趣与志趣的分水岭
杰磊同学对于化学不一样的热爱,体现在做探究实验或者做理论模拟的过程中,他更加喜欢“失败”。
当实验结果不符合推断、与推断的方向误差较大时,或者当模拟结果不是很能支持实验结果时,他会更加感兴趣,去发现问题,想办法通过改进方案或者调试参数来解决问题。
这是科学研究的意义和价值。不是简单地重复一个实验、得到一个结论,而是为了发现问题,最终去解决问题,才能有创新、有进步。