國際化學奧林匹亞競賽選手發展:終極的「拆」跟「裝」 / 王宗興

星期二 , 10, 十一月 2015 Leave a comment

國際化學奧林匹亞競賽選手發展:

終極的「拆」跟「裝」

王宗興

國立臺灣大學化學系
wangts@ntu.edu.tw

n  小時候喜愛「拆」跟「裝」

2013年回臺灣大學化學系任教已近兩年,鮮少有機會停下來回顧一下自己的學習歷程;藉此次邀稿之便,正好有機會坐下來好好想想:我到底為何(why)及何時(when)想走科學研究這條路?

我自認為屬於「創造實作型」的人格,倒也不是創造力極強,而是自從我有記憶以來就非常愛「拆」跟「裝」這兩件事;破壞性的「拆」大概是每個小孩的天性,小時候喜歡東拆西拆又怕被罵,當然就得知道如何裝回去,當然一開始不可能每個部分都裝對,在怕被罵的驚恐中真的會慢慢激發出潛能,久而久之就「裝」的得心應手了。喜歡「拆」跟「裝」的天性作祟,長大後並未消退,有時候會夢想未來當個機械工程師,拆裝零件來製造機器人;有時候會夢想變成廚師,拆裝各式食材來做出一盤又一盤的好菜。

n  喜愛化學實驗而進入化學奧林匹亞

一直到國中,開始上了理化的實驗課,突然發現還有許多新世界,也就是所謂的「理化實驗室」。有時候拆裝幾個齒輪、砝碼和軌道,就可以用來測量牛頓定律;但是最令我眼睛一亮的,是幾罐看似一樣的透明溶液,但在相互混合時,產生很多意想不到的變化,偶而生成沉澱或是產生氣泡!理化老師說:那是分子層次間的重新排列組合。這不就是分子間的「拆」跟「裝」嗎?自此,我對化學深深著迷,沉浸在那看似魔幻不著頭緒卻有理可循的化學反應間。國高中時能接觸的實驗有限,就買本化學大辭典似懂非懂的當閒書翻翻;儘管高中正課挫折及青春期矛盾不斷,讀讀科普與化學倒也冷靜了不少叛逆;自學的效果有限,因而參加了清華大學化學高中生周末輔導計畫。為了玩實驗而去瞭解並深讀化學,倒也沒想到一直當興趣的化學實驗能引領我進入國際化學奧林匹亞(International Chemistry Olympiad, IChO)(見圖一),並另闢蹊徑幫助我升學,進入臺灣大學化學系。

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圖一:賽後與師長及隊友參觀聖彼得堡(左),頒獎典禮完與隊友在會場外合照(右)

參與IChO最讓我開心的部分是實驗部分;以高二身分參與,在數學及物理知識上的缺乏,讓我覺得理論學習有些沉重。所以每當可以做一些實驗,不需要被微積分及量子物理束縛時,我特別地熱衷及投入。常規的實驗技巧訓練雖然基本,但不像大學實驗課有時間上的限制,因此可以仔細慢慢感受每一步的原理,而非應付了事。非常規的實驗最引人興趣,我最愛蕭次融老師的實驗課,尤其是未知溶液解密的實驗;儘管老師們有一套系統方法,但我總是用一些「奇特」的手段來快速解密溶液身分,現在想想,這不就是現在我實驗室做研究「開發新穎細菌偵測分子」的目標嗎?

n  目前的研究課題

現在的化學研究,很多都是跨領域的研究,與生物醫學或是能源材料有密切相關;有ICho的底子,在大學時就更能以不一樣的角度來看化學及生化。大學時代的專題、博士班及博士後的研究也因此對化學跨生物及醫藥的相關課題特別有興趣。回到臺灣大學後,雖然歸屬於有機化學組,但是同時也落入化學生物學組的範疇。現在的研究課題著重在「新抗細菌藥物設計及開發」、「細菌致病因子:宿主與病原菌交互作用」和「功能性生物試劑設計及開發」這幾方面。乍看之下好像很生物,但所採用的研究方法,皆需要新穎的分子;這些分子很多都是市面上買不到,或是自然界根本沒有產生過的!唯有靠豐富的想像力,配合上化學技術才能合成出來的。

從許多的新聞中可知,抗藥性細菌的爆發是三不五時會出現的公衛議題;人類長期濫用抗生素(antibiotic)加速了產生細菌抗藥性,嚴重縮短新開發抗生素的可使用的時限。雖然細菌抗藥性是達爾文演化的必然過程,是一場人類不會贏的無止境戰爭,但為了生存人類不得不反抗。為了在抗細菌戰中取得主導權,我們需要開發新的抗菌劑;修飾已有的抗生素、或是尋找新的標靶(target)來開發新抗生素,都是現今科學家常用的策略。而我們實驗室現在有興趣的,正是宿主與病原菌交互作用中的細菌致病因子(virulence factors)。致病細菌的致病因子在快速有效感染宿主過程中扮演極重要的角色;抗致病因子試劑(anti-virulence agents)可能是開發新一代抗菌劑的候選方案。為了大量繁殖來感染人體宿主,致病細菌會分泌鐵載體(siderophore)來偷取人體的鐵離子納為己用。鐵載體是可鰲合鐵離子的有機生物分子,是一種細菌致病因子;藉由修改鐵載體,裝上毒素單元,鐵載體毒素複合體可變身為抗菌試劑。我們實驗室希望延伸此想法,並推廣成鐵載體的各式功能性官能基複合體,並應用於抗細菌和細菌檢測。這裡所談的功能性官能基複合體,唯有靠有機合成的技術,才可能隨心所欲的在實驗室中被產生出來。

n  現在掌握終極的「拆」跟「裝」

參與ICho,特別是那些奇奇怪怪的練習試題,讓我提早體驗到:高中課本的化學只是些概念性的建立,真正的化學是無遠弗屆的。很慶幸能參與IChO,讓我知道化學不是一道一道惱人的多選及問答題,而是可以把自己興趣寄託在其中的一門學問。小時候的拆裝夢,現在沉澱成我生活的一部分;出國時靠著自己下廚省了不少。現在兩歲的小女兒玩具壞掉,第一想到的就是叫爸爸修。而玩化學也變成我的職業,現在我要用一些新的玩法讓學生去試試,也試著去教下一代化學有趣之處。

科學研究對我來說是一個興趣的逐漸轉換與昇華,絕不是無中生有或是一時衝動的激情。學習化學及參與IChO在高中時期,指引了我一條路,讓我知道看似觸不可及的化學,也是從煉金術士般東加西混的逐漸進化,是可親近的,也是容許神來一筆的脫序想法及即興演出。參與IChO不是我以拆拆裝裝的興趣來混搭化學的終點;進入化學系後,接觸「有機化學」讓我知道全合成化學家是如何掌握高級「拆」跟「裝」的技巧。甚至到大三至出國念博班後,才知道自然界中終極的「拆」跟「裝」是在生命科學裡。

 

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