闪光的足迹－记分析化学家耿信笃教授

本刊主编杨建华编审早就让我们采访耿信笃教授，把他的科研成就和奋斗精神介绍给读者。耿信笃教授潜心研究，惜时如金，我们几次登门采访，都未能如愿。只好留言：请耿老师约定时间，我们再访。 一天下午，应耿信笃教授之约，我们去采访他。耿教授在书房里接待了我们。耿教授的几个书架上大多是化学方面的著作，有中文版的，也有外文版的。对于耿教授从事的研究领域，我们知之甚少，自然对这些高深的专著兴趣不浓，我们的注意力集中在书架上《中国当代自然科学人物总传》、《当代中国科技名人成就大典》、1993年《中国人物年鉴》、《中国当代科技精华丛书》等书刊中，在这些书刊中均有介绍耿信笃教授的传略或文章。 《中国当代自然科学人物总传》既是一部自然科学综合性人物传记著作，又是一部自然科学学术著作。入传对象为中国当代自然科学领域具有学术贡献的高级知识分子。它是我国第一部完整、系统、全面地记载中华人民共和国成立以来在自然科学界作出学术贡献的专家学者的总传。客观地叙述了入传学者的主要学术活动、学术思想和学术贡献。在总传的第二卷中共收入712位专家学者的传略，其中有中国科学院院士朱景润、王淦昌、曾昭伦等著名科学家。 1993年《中国人物年鉴》共收录各界人物1039人，其中包括中国共产党和国家、政府、军队的领导人，各民主党派领导人，获得全国性重大荣誉称号的英雄模范人物，在农工商各条战线上做出突出贡献的企业家、改革家和优秀代表人物，在科学技术方面有重大发明创造的专家，在学术上有重要成就的学者，发表有影响的著作或作品的理论家、文学家…… 《中国当代科技精华丛书》由卢嘉锡任主编、宋健作序，该书主要介绍中国科学院院士、中国工程院院士、国家科学大奖的主要获得者及部分贡献突出的青年科学家的有代表性的高新科研成果。在该丛书的化学卷中记载了赵玉芬、唐敖庆、耿信笃等37位化学家。 耿信笃，陕西省山阳县人，1941年4月生。山阳县位于陕西省东南部的秦岭南坡，山大沟69多，地貌复杂。家乡的自然环境铸就了耿信笃顽强拼搏的意志，蕴藏着岩石中丰富的物质，使他中学时代对化学这门科学就情有独钟。上中学时，他的课外读物大多是有关化学的参考书，这使他从此于化学结下了不解之缘。化学这个丰富多采的世界独有魅力吸引着他一步一步地深入，并渐入佳景。中学毕业时，他考取了西北大学化学系。他发奋苦读，勇于探索，1960年以优异的成绩毕业于西北大学化学系，留校从事教学与科研工作。1978年晋升为讲师，1986年破格晋升为教授，1990年被评为博士生导师。现任中国色谱学会常务理事、上海交通大学生物工程与技木系兼取数授、《色谱》杂志编委、美国普渡大学客座教授并为美国大学教授会成员。耿信笃教授曾先后为本科生和研究生讲授分析化学、无机及分析、高等分析化学、现代分离科学、表面物理化学等课程，并给博士生用外语开设现代分离科学研究课程。耿信笃教授讲课重点突出，遐辑性强，深受学生的欢迎，他已培养和指寻硕士生11名、博士生8名。 我们再看以下耿信笃教授经历中的一些片段： 1981年5月～1984年6月先后在美国明尼苏达大学做访问学者并任教授会成员和在普渡大学讲学。 1987年6月被国家教委委派，作为现代科学仪器考察团团长带团赴日本考察。 1989年6月在瑞典斯德哥尔摩参加第13届国际液相柱色谱会议，并为特邀中心发言人。 1991年10月在美国华盛顿参加第9届国际高效液相色谱分离蛋白质、多肽及核酸国际会议，并作大会报告。 1992年9月在法国参加第19届国际色谱会议，并作大会报告。 1994年他研究的“基因工程生产治疗蛋白复性及同时纯化技术”在美中匹兹堡召开的第10届国际发明与新技术大会上获金奖。 1995年1月～1996年2月在美国普渡大学任客座教授，为研究生讲授现代分离科学。 耿信笃教授在科学研究方面成绩卓著。60年代从事微量分析中环炉技术研究，首创了多孔环炉仪，提出了疏水栅柱环及自动持续冲洗技术，使我国在环炉技术研究方面居世界领先地位。近10年来，他跟踪现代科学的前沿领域，开展现代分离科学研究，开展生物大分子的分离和纯化的研究。先后承担国家“七?五”科技攻关、国家“863”高技术、国家自然科学基金中的高技木新概念项目、国家教委优秀年轻教师资助项目等10项重大科研任务，在基础理论及高新技术研究方面均取得一系列重大的创新性成果。 1952年，英国生物化学家马丁和辛格因提出液-液色谱分配机理而获诺贝尔化学奖。随着现代科学技术的进展，探索各种高效液相色谱的保留机理已成为各国色谱学家的目标。1983年耿信笃与他在美国的合作者普渡大学的F．E．Regnier教授，根据体系中溶质、流动相、固定相分子间多种相互作用的热力学平衡，在世界上首次提出了反相高效液相色谱溶质的计量置换保留机理??在溶质分子被固定相吸附的同时，在溶质与固定相接触界面上必然释放出一定数目的置换剂分子。并将其发展到除尺寸排阻色谱外的各种色谱领域，提出适用于全浓度、多组分的各类色谱的统一保留模型；他所提出模型中的Z值使液相色谱的应用从一般分析提高为研究生物大分子构象变化的新方法。著名色谱学家E．Soczwinski认为该模型是对置换机理的“intensive development”。国外的杂志评价为“耿所提出的模型是几十年来最激动人心的结果”。它已被取代液相色谱奠基人之一的L．R．Snyder博士等国内外著名学者验证、承认和应用。国内专家也对该模型作出了很高的评价：周同惠教授评价“本项工作有创新性见解，有一定学术价值和实用意义”；陆婉珍教授的评价是“由于Z值的提出对反相液相色谱中的保留机理的认识是有推动作用的”。 耿信笃在美国的合作者Reginer教授以这一模型为核心曾先后获DalNogare奖及1988年美国化学会奖，而耿信笃教授也因此成果而获国家教委l988年科技进步一等奖。国家教委评奖委员会专家组的评价为：“此项研究提出的液相色谱中计量置换模型，是目前得到国际公认的最佳模型，考虑到了溶质、溶剂、吸附剂三者间各种效力学平衡，思想新颖，观点全面，推导严谨，应用于各种色谱体系，理论与实践均很好符合，在学术上、理论上均具有独创性，达到国际领先水平，被国际色谱学界权威肯定和应用。此项研究的合作者普渡大学Reginer教授已获美国化学会奖，从Reginer给西北大学校长来信中，表明他们合作所取得的成果，耿信笃是发现者，发表论文耿均为第一作者。因此，耿在我国也应予以奖励。” 1992年《J．Chromatogr．，》主编来函特约耿信笃教授撰写有关“反相高效液相色谱保留机理”方面的评论文章，这不仅说明国际学术界已承认该模型并认定耿教授是保留模型的主要提出者，而且表明耿教授在国际色谱学界的地位。 回国之后耿教授将他与Reginer合作提出的仅造于一定浓度范围的二元组分的反相色谱保留模型发展到全浓度多组分的反相色谱体系，并将这一模型推广到正相色谱、薄层与纸色层及疏水相互作用色谱，并进而发展成为液相色谱中除排阻色谱外的一个统一的保留模型，深入地揭示了各类色谱的保留过程的本质是相同的计量置换过程，进而解释了以前许多难以解释的现象，如溶质的结构与保留的关系、固定相与保留的关系、反相色谱的收敛点、镧系元素四素组效应的表征等，并提出了色谱中一些新的表征参数，拓宽了该模型的应用范围。他们所提出的对基因工程产品的分离与纯化极有效的疏水相互作用色谱中的保留机理尤为重要。 耿信笃教授建立了物理化学中液-固吸附体系定量模型，并将其与液相色谱计量保留模型一起来。液-固体系中溶质在固体表面上吸附机理是现代液相色谱及表面物理化学的基础理论之一，长期以来，人们将气?固吸附机理用于液?固吸附体系。后者远较前者复杂，习惯上简单的搬用实际上出现了较大的偏差，在很大程度上阻碍人们对液?固吸附本质的了解及实际应用。耿信笃教授所提出的“液?固体系中溶质计量置换吸附模型”，提出了溶剂化的溶质分子被溶剂化的吸附剂吸附时，在二者之间必然释放出一定计量数目Z的溶剂分子。这一模型的推导过程考虑了各种分子间的相互作用，客观地表达了吸附机理。该论点的意义在于： ①特70多年来广泛应用的Freundlich经验公式从理论上推导出来，阐述了式中各项参数的物理意义，对用该公式线性作图斜率小于1的原因进行了解释；②将所提出的计量吸附模型与Langmuir模型比较，发现不仅其理论模型与实验结果的线性回归要比Langmuir模型为好，其线性参数q／Z和β溶质性质之间有着内在联系。而且该模型可适用于多种吸附体系(不同溶质、不同溶剂和不同吸附剂)的吸附；③对液?固吸附中的Trauble规律及反Trauble规律进行了解释；④液相色谱的计量量换保留模型，其实就是液?固吸附定量模型理论推导过程中的一个公式。这样，用计量置换机理将长期以来物理化学及色谱领域中各自地立进行的吸附及保留机理研究统一起来。耿信笃教授所著《现代分离科学理论导引》是世界上有关分离科学的两部理论著作之一。耿信笃教授在《现代分离科学理论导引》专著中，全面、系统地阐述了现代分离科学的基础理论，提出现代分离科学理论组成的骨架。集中介绍了近年来国际上分离科学领域中获奖的有突出贡献的一些化学家的最新成就，以及作者自己在这一领域中的最新研究成果。梁树权教授认为该专著“阐述了现代分离科学中的一些理论问题，提出一系列新的见解，弥补了我国色谱界理论进展较贫乏的缺陷，它是‘文革’以来最佳化学著作之一，给学者以指路明灯。” 耿信笃创立了全国第一个现代分离科学研究所，该研究所被列为陕西省重点实验室。西北大学化学系被确定为全国理科培养人才基地、分析化学博士后流动站，这与耿信笃教授创新的研究工作分不开。 耿信笃教授不仅在地论研究上取得了重大成果，而且在生物大分子特别是某因工程产品的分离机理、介质合成、纯化工艺及交性蛋白的复性等高新技术研究中取得了突破性成果。 耿信笃教授创建的我国第一个专门从事生物大分子分离和纯化的研究室的设备及能力已具备从一般分析、测定实验转向研究生物大分子构象及生物大分子，如多肽、蛋白及其他基因工程产品的分离、纯化和制备生产，基因工程产品发酵、细胞培养及生物活性测定。已承担10项国家有关生物大分子分离和纯化理论及应用方面的重大研究课题，基本上能保证在生物大分子分离和纯化研究方面跟踪世界先进水平。 在蛋白质的分离与纯化研究方面，“七?五”及“八?五”期间耿信笃教授均承担了国家“863”生物高技术领域中有关“目标产品的制备色谱及纯化工艺研究课题”，用疏水介质直接对生物工程产品??重组人γ-干扰素盐酸胍提取液进行分离、富集和复性，分离效果相当于通常基因工程后处理的5～6步(省去了沉淀、过滤、离心分离、复性及除去其他杂蛋白等过程)，我国病毒基因工程国家重点实验室等四个单位还用于重组人β型干扰素，白细胞介素-2、病毒转移因子的分离和纯化。这是对基因工程产品分离的一项突破性进展，解决了基因工程产品与包涵体中杂质分离的生物工程中长期难以解决的问题，在国际上是首创，该成果已被列入《中国高等学样重大科技成果与研究进展选编》中。 在蛋白体外折叠及复性研究上，耿信笃教授承担了国家自然科学基金中的高技术、新概念项目??用色谱法对蛋白折叠的研究。蛋白折叠是当前分子生物学研究的前沿课题，但迄今为止的折叠研究均是基于Anfinsen的观点，即除去变性条件后的变性蛋白的随机折叠。耿信笃教授等首次在同际上采用色谱法完全除去交性剂，并在液-固界而上(即疏水色谱填料表面)，在分子水平上给已交性的蛋白分子提供能量，不仅使水合变性蛋白分子瞬时脱水并瞬时固定在固定相表面上，在疏水界面上形成微区及中间体，加速折叠述程。并提出了蛋白质在疏水介质上折叠的机理，使蛋白的体外人工折叠成为可能。用于基因工程产品如γ-干扰素的复性，可使活性回收率提高2～3倍，大大简化纯化工艺。 在基因工程产品分离介质研究中，耿教授圆满完成了国家“七?五”科技攻关的三个项目：①首次合成了硅胶基质上α-淀粉酶专一性亲合填料；②合成了国内从未合成过的α-干扰素单克隆抗体填料；③在国际上首次合成了改性醚键硅胶介质高效疏水色谱介质，通过了国家科委委托国家教委主持的鉴定。鉴定专家组评价是“很好完成了‘七?五’攻关项目的任务，未见国内外报道，为首次合成，为立足国内技术替代进口介质，有应用推广价值。”其中“高效疏水色谱填料”还被国家科委选为技术出口项目。该成果获1992年陕西省科技进步一等奖。 上述的贡献也提高了耿倍笃在国际学术界的知名度，他曾多次被邀在美国、欧洲及亚洲的国际学术会议上做Keynotelecture，英国皇家学会主办的《AnalyticalAbstracs》杂志主编J．Gorden曾特邀耿教授对该杂志的质量、内容等进行全面的评估。国际著名的《J．Chromatography》，《Chromatographia》和《J．Liq．Chromatography》杂志主编均来函特邀耿信笃的稿件及写专题进展的评论。耿信笃被收入英国剑桥国际传略中心(IBC)名人录中，他被美国传记研究所(ABI)评为1996年有成就金奖获得者。 耿信笃教授有献身科学事业的精神，从1964年起，他先后在《中国科学》、《化学学报》、《高等学校化学学报》及《Journalof Chromatography》等国际国内著名杂志上发表举术论文130余篇。他吃苦耐劳，艰苦奋斗，热爱党，热爱社会主义，治学态度严谨，学术思想活跃，富有创造力及拼搏精神，是一位做出重大贡献的年富力强的优秀中青年科学家。他的科学研究受到了党和政府的充分肯定，他的研究成果曾获全国科学大会奖、国家发明三等奖、国家教委科技进步一等奖、陕西省政府科技成果一等奖等10次重大科技成果奖。1990年耿教授被国家教委和国家科委授予“全国高校先进科学工作者”称号，被国家劳劳人事部授予“国家级有突出贡献的中青年专家”称号；1991年被国家教委及人事部评为“有突出贡献的回国留学人员”；1992年被评为“陕西省劳动模范”。
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