美国化学会C&EN：2016年度“十二俊杰”（上）

他们平均年龄只有33岁，

他们凭借独门秘籍闯荡江湖。

有人在高校自立门户，

也有人在企业中崭露头角，

还有人正在创业的路上。

他们研究领域宽广，

他们改善我们居住的星球。

虽然走上化学之路的原因各不相同，

但化学的魅力使他们欲罢不能。

他们是化学界的“007”，

他们就是2016级的ACS青年才俊班——“The Talented 12”。

Anthony Estrada

图片来源：C&EN

代号：药物化学神射手

故乡：美国加利福尼亚州拉文

年龄：35

博士：加州大学圣地亚哥分校

榜样：前UCLA篮球队主教练John Wooden，曾教他时刻准备，注意细节，并成为一个现实的乐观主义者。

对年轻科学家的忠告：在成功之前你不可避免遇到很多次失败，如果害怕犯错，恐怕你将一事无成。快去做实验！

人物小传：

让Anthony Estrada引以为豪的是他“从不落后于人”。他走上科研之路和篮球有不解之缘，在学院篮球日，Anthony Estrada第一次接触到化学，后来遇到了拉文大学化学教授Namphol Sinkaset，Estrada几乎全天都待在他的办公室里，请求去做实验，谈起化学滔滔不绝没完没了。Sinkaset教授向Estrada推荐了有机化学大牛K. C. Nicolaou的专著Classics in Total Synthesis，Estrada深深着迷于其中构建分子的奇特想法，大学毕业后就迫不及待的加入Nicolaou的实验室。在加州大学圣地亚哥分校，经常穿着如摇滚明星的Estrada从事抗生素硫链丝菌素的全合成，这个分子包括10个环、11个肽键和17个手性中心。毕业后，Estrada直接进入Genentech工作，并如愿进入到了神经学组。这简直是为Estrada量身定做的职位，训练有素的药物化学家去设计分子克服生物、物理和化学的障碍进入大脑。在Genentech，Estrada设计合成帕金森病靶标LRRK2蛋白的小分子抑制剂，一系列化合物有助于阐明蛋白的功能，并为药物发现提供参考。去年，Estrada跳槽到Denali Therapeutics，一家由前Genentech科研精英组成的生物技术的公司。Denali Therapeutics采用最新的技术去研究阿尔兹海默症、帕金森症和“渐冻人”症。Estrada从体育中感悟到的精神使他能够克服失败，勇敢无畏，如他经常所说的“我永不放弃”。

科研一览图：

图片来源：C&EN

Estrada和他在Genentech的同事设计帕金森症靶标蛋白LRRK2的抑制剂，需要跨越血脑屏障。这些药物分子需要满足两个对立的要求：代谢稳定性，这通常需要分子具有一定极性；大脑中分布平衡，这又需要分子倾向于非极性。

三篇代表性论文：

1. “Discovery of Highly Potent, Selective, and Brain-Penetrant Aminopyrazole Leucine-Rich Repeat Kinase 2 (LRRK2) Small Molecule Inhibitors.” (J. Med. Chem., 2014, DOI: 10.1021/jm401654j)

2. “Pyrimidoaminotropanes as Potent, Selective and Efficacious Small Molecule Kinase Inhibitors of the Mammalian Target of Rapamycin (mTOR)” (J. Med. Chem., 2013, DOI: 10.1021/jm400194n)

3. “Discovery of Highly Potent, Selective and Brain-Penetrable Leucine-Rich Repeat Kinase 2 (LRRK2) Small Molecule Inhibitors” (J. Med. Chem., 2012, DOI: 10.1021/jm301020q)

Lauren Austin

图片来源：C&EN

代号：细胞监控者

故乡：美国宾夕法尼亚州兰开斯特

现职：默克

年龄：30

博士：佐治亚理工学院

榜样：Austin的博士导师Mostafa A. El-Sayed，教导她保持科学上的好奇心，永不放弃；Austin博后期间合作的生物化学家和生物技术企业家Petra B. Krauledat，向她展示了在企业中工作的魅力，以及如何成长为气场强大的女科学家。

对年轻科学家的忠告：永不放弃，不要让日复一日的实验失败使你气馁。我们要从失败中吸取教训，并从中收获。

人物小传：

Lauren Austin说她的大学生活与其他人的确有些不同，在追逐化学学位的同时，她也在努力成为一名世界级的长跑运动员。回首往事，Austin说道，“如果我只能专注于二者中的一个，我可能会疯掉。”Austin在考上中佛罗里达大学（UCF）的时候，是希望继续追随她高中的田径教练——也就是她的父亲，Austin目标是作为美国国家队的一员，参加北京奥运会800米的比赛。后来，Austin在UCF里遇到了她的大学导师Qun Huo，一名化学家，她的人生轨迹从此改变。在Huo的课题组，Austin爱上了纳米科学，随后她作为一名研究生来到佐治亚理工学院，师从Mostafa A. El-Sayed。Austin的课题是开发一种可以窥视活细胞内的方法去阐释复杂的生物相互作用。她与同事设计了金纳米颗粒，聚集在细胞核上以增强拉曼散射信号，这些信号可以实时反映健康细胞、疾病相关细胞、药物作用细胞中生物特征分子的变化情况，这些信息进一步帮助开发诊断试剂、寻找药物靶标、评估候选药物。导师Mostafa A. El-Sayed高度评价Austin，认为她具备了一名优秀科学家所需的品质——创造性、热情和聪明才智，并希望她的新东家默克也能认识到Austin的价值。Austin在默克的工作刚刚起步，她期望以往的研究经历能应用到产品中，如引入纳米科学到药物输送系统或药物筛选方法中。Austin没能参加北京奥运会，但长跑锻炼了她坚持不懈的毅力，即使99%的尝试都失败了，也能掌控住局面。

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图片来源：C&EN

Austin和博士期间和其他合作者一起设计了包覆的纳米金颗粒，可聚集在细胞核上增强拉曼散射光谱，由此反应出细胞内DNA或蛋白质的分解，这样就可以监测细胞的健康程度或对药物的响应。

三篇代表性论文：

1. “Observing Real-Time Molecular Event Dynamics of Apoptosis in Living Cancer Cells Using Nuclear-Targeted Plasmonically Enhanced Raman Nanoprobes” (ACS Nano, 2014, DOI: 10.1021/nn500840x)

2. “Exploiting the Nanoparticle Plasmon Effect: Observing Drug Delivery Dynamics in Single Cells via Raman/Fluorescence Imaging Spectroscopy” (ACS Nano, 2013, DOI: 10.1021/nn403351z)

3. “Real-Time Molecular Imaging throughout the Entire Cell Cycle by Targeted Plasmonic-Enhanced Rayleigh/Raman Spectroscopy” (Nano Lett., 2012, DOI: 10.1021/nl3027586)

Daniel Fitzpatrick

图片来源：C&EN

代号：反应黑客

故乡：新西兰奥克兰

现职：剑桥大学博士在读

年龄：23

本科：奥克兰大学

榜样：比尔•盖茨，他用技术改变世界，并成立Bill & Melinda Gates基金回馈社会。

对年轻科学家的忠告：要敢于质疑权威。如果有人说你的想法根本行不通，那就用事实来证明他是错的。全力以赴，坦然面对结果。

人物小传：最好的创意往往来自对更高效率的追求。Daniel Fitzpatrick从新西兰跨越了半个地球来到剑桥大学的Steven Ley实验室，在研究生生涯的刚开始，他拿到了一个化学合成的项目，不过他觉得工作太过于重复性。为了优化，设置一大堆反应并一一跑起来，这虽不耗脑力，但这些工作占据了大量的时间，而在其他领域，这样重复性的工作早就交给机器去做了，Fitzpatrick觉得化学反应也应走上这条路。一年之内，Fitzpatrick就建立了一个可通过互联网远程监控的化学反应工作站。这样，他可以从实验室解放出来，只要连上网络就能随时监控反应或者改变参数。工作地点不局限在实验室，可以在家、在酒吧甚至在几千公里之外的阳光海滩。随后，他继续改进系统，让设备可以自己优化反应，可以通过短信发送设备状态的更新信息，甚至可以在特殊情况下自动关机，例如凌晨两点反应温度陡升。Ley教授评价他的软件和硬件设施“有潜力彻底改变目前R&D实验室的工作模式”。Fitzpatrick痴迷于IT技术，尽管没接受专业的编程训练，这不耽误自学成才。21岁时，他编写了他的第一个软件，现在的用户包括53个国家或地区的350个课题组。Fitzpatrick还有1年时间博士才毕业，但他还没有决定未来如何发展，工业界、学术界还是创业？似乎都有可能。

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图片来源：C&EN

Fitzpatrick自己设计了自动合成装置，通过网络在世界上的任何地方都可以控制反应。通过这个设备，Fitzpatrick完成了一些反应的自动优化，如醇转化为溴化物。

三篇代表性论文：

1. “A Novel Internet-Based Reaction Monitoring, Control and Autonomous Self-Optimization Platform for Chemical Synthesis” (Org. Process Res. Dev., 2015, DOI: 10.1021/acs.oprd.5b00313)

2. “Organic Synthesis: March of the Machines” (Angew. Chem. Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201410744)

3. “Machine-Assisted Organic Synthesis” (Angew. Chem. Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201501618)

Karena Chapman

图片来源：C&EN

代号：X-射线操盘手

故乡：澳大利亚堪培拉

现职：阿贡国家实验室

年龄：35

博士：悉尼大学

榜样：剑桥大学的材料学家Clare P. Grey，她总能细心的研究重要的基础问题，并且作为一位伟大的导师，她能够挤出时间去讨论科学或给出建议。

如果没有化学，我想成为：音乐家、建筑师或作家。创作出伟大的设计或乐曲，能够带来巨大的成就感。

人物小传：

弄清楚复杂材料是如何工作的，然后让它们工作的更好，这往往需要深入挖掘深藏材料深处的化学秘密。细致探查物质的原子结构，可以让科学家弄明白药物如何结合靶标，龙虾壳如何生成，或者电池中的超快化学反应如何进行。这些基础问题往往非常关键，但科学界中有能力捕捉此种微观尺度的细节的人才非常少，Karena Chapman是其中一个，不仅如此，她还尽力为其他科学家提供帮助。现在Karena Chapman负责美国阿贡国家实验室的高能X-ray光束线，并在十年中不断开发它的功能。来自全球的科研工作者带来他们的样品：沸石、电极、纳米粒子、药物分子等，到这个世界级的同步加速器来研究化学键生成的How、When、Where问题。Chapman在悉尼大学的博士课题是晶体学，有机会来到阿贡进行短期研究。由于这套仪器供不应求，每个科研人员的机时只有36-48小时，每个人都争分夺秒地利用时间，让这里忙碌的就像是个“急救中心”。对科学的追求，使Chapman又回到了阿贡实验室做博士后研究，从此之后再没有离开。现在Chapman作为材料学家，已经发现大功率电极材料的工作原理，以及如何才能提高金属有机骨架化合物（MOFs）捕获气体的能力。在与其他科学家合作时，如实验需要特殊处理时，她总能深入到实验中，并尝试她的光束线设备做的更多。Stony Brook University的 John Parise这样评价道，“Chapman在实验设计方面非常聪慧，对于获取实验结果富有激情，大家都喜欢和她合作。”

科研一览图：

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Chapman借助阿贡实验室的高能X-ray发现，在MOFs中，压力的增加能使MOF捕获激发的碘蒸汽分子。

三篇代表性论文：

1. “Comprehensive Insights into the Structural and Chemical Changes in Mixed-Anion FeOF Electrodes by Using Operando PDF and NMR Spectroscopy” (J. Am. Chem. Soc., 2013, DOI: 10.1021/ja400229v)

2. “Exploiting High Pressures to Generate Porosity, Polymorphism, And Lattice Expansion in the Nonporous Molecular Framework Zn(CN)₂” (J. Am. Chem. Soc., 2013, DOI: 10.1021/ja4012707)

3. “Pressure-Induced Amorphization and Porosity Modification in a Metal-Organic Framework” (J. Am. Chem. Soc., 2009, DOI: 10.1021/ja908415z)

Lili He

图片来源：C&EN

代号：食品污染猎手

故乡：中国杭州

现职：马萨诸塞大学阿默斯特分校

年龄：34

博士：密苏里大学哥伦比亚分校

榜样：来自明尼苏达大学的合作者Christy Haynes，同时实现事业成功和家庭幸福。

如果没有化学，我想成为：环境学者、大厨或在动物收容所工作。

人物小传：

我们坐在餐桌前大快朵颐的享受美餐时，不会注意到潜伏在上面的病原体，也很少留意到上面的农药和纳米颗粒等污染物。食品污染是一个热点话题，监管部门、学者和公众都密切关注。马萨诸塞大学阿默斯特校区的食品化学家Lili He调侃到，“谁都无法摆脱这些风险，除非不吃饭”。He的兴趣是研究日常生活中的化学问题，比如食物中的化学原理，她的博士研究生涯集中在研究新的分析技术去监测或分析食品污染。她将金属纳米颗粒和表面增强拉曼光谱技术（SERS）结合，将原来较弱的信号增强1万倍，使她能够实现复杂食物中的痕量污染物分析。监管部门曾担心冲洗不能去除绿叶蔬菜（如菠菜）上渗透的农药，He在她的实验室用SERS技术研究这些问题。美国FDA和农业部呼吁检测来自农药、包装物和食品添加剂中的食品纳米污染物，He也希望SERS技术能胜任此项工作。将来，He希望能发明用在手机上的小型化SERS，让食品安全检测掌握在消费者自己手中。

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图片来源：C&EN

表面增强拉曼光谱可以用来监控食品污染，用纳米粒子将分子信号放大，就可以追踪深度渗透在菠菜叶中的杀虫剂如噻苯咪唑等。

三篇代表性论文：

1. “Real-Time and In Situ Monitoring of Pesticide Penetration in Edible Leaves by Surface-Enhanced Raman Scattering Mapping” (Anal. Chem., 2016, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b00320)

2. “Analysis of Silver Nanoparticles in Antimicrobial Products Using Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS)” (Environ. Sci. Technol., 2015, DOI: 10.1021/acs.est.5b00370)

3. “Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for the Chemical Analysis of Food” (Compr. Rev. Food Sci. Food Saf., 2014, DOI: 10.1111/1541-4337.12062)

Luis Campos

图片来源：C&EN

代号：电子倍增大师

故乡：墨西哥瓜达拉哈拉

博士：加州大学洛杉矶分校

现职：哥伦比亚大学

年龄：38

榜样：导师Craig Hawker和Miguel Garcia-Garibay，他们教他要相信学生的潜能，更重要的是，让他觉得学化学很有趣。

如果没有化学，我想成为：建筑师等与艺术相关的职业，或者是大厨。

人物小传：

在Luis Campos成长过程中，母亲曾告诉他，“你可以从事任何职业，成为任何你想要的人，只要不是个懒惰的人“。他果然没令人失望，他的博后老板加州大学圣巴巴拉分校的Craig Hawker就盛赞道，“Campos是学术界最具才华的年轻有机化学家之一，他是一个开拓者”。Campos团队打造的分子和材料都比预期的要好。例如，他的实验室曾制造出一种光响应材料，产生两对载流子，而一般的太阳能电池大部分只能激发出一对载流子。这种“买一赠一”的材料可以使有机太阳能电池将更多的阳光转化为电能。相对于刚性硅电池，可以喷涂在廉价柔韧材质上的有机太阳能电池的应用更广，但光电转化效率低阻碍了它的大规模应用。Campos的材料理论基础是单线态分裂，即光激发产生的单个自旋单线态激子转变成一对自旋三线态激子。他设计的材料用“推-拉”聚合物和稠环芳香烃显著提升了单线态分裂效率。另外Campos不仅是下一代有机太阳能电池的开拓者，还是一个优秀的导师，在实验室中培养弟子的良好科学素养是他另外的收获。

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有机太阳能电池呈电极、电子供体和电子受体、电极的三明治结构。Campos开发的电池受体和供体一起工作，一个光子产生两对载流子，对于传统电池来说效率翻倍。

三篇代表性论文:

1. “Molecular Length Dictates the Nature of Charge Carriers in Single-Molecule Junctions of Oxidized Oligothiophenes” (Nature Chem., 2015, DOI: 10.1038/nchem.2160)

2. “The Evolution of Cyclopropenium Ions into Functional Polyelectrolytes” (Nat. Commun., 2014, DOI: 10.1038/ncomms6950)

3. “A Design Strategy for Intramolecular Singlet Fission Mediated by Charge-Transfer States in Donor-Acceptor Organic Materials” (Nat. Mater., 2014, DOI: 10.1038/nmat4175)

其他六位青年俊杰，点击这里查看

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