範海福

範海福

晶體學家,1933年8月15日生于廣東廣州。1956年畢業于北京大學化學系。1991年當選為中國科學院學部委員(院士)。2000年當選為第三世界科學院院士。 中國科學院物理研究所研究員。

20世紀60年代主持測定在我國發現的天然氨基酸-南瓜子氨基酸和使君子氨基酸的晶體結構,並開展針對天然有機物晶體結構分析的直接法研究提出將當時尚處于孤立狀態的直接法與重原子法、異常散射法以及同晶型置換法相結合的原理。80年代中至90年代末主持開展直接法用于蛋白質結構分析的試驗,獲得國際上同類研究的最佳結果主持建立多維空間中的直接法,使之成為當前國際上最有效的、從頭求解非公度調製結構和組合結構的方法與李方華合作建立一種電子顯微學的圖像處理新方法。1987年獲國家自然科學獎二等獎,1996年獲第三世界科學院物理獎。

  • 中文名
    範海福
  • 國籍
    中國
  • 民族
    漢族
  • 出生地
    廣東廣州
  • 出生日期
    1933年08月15日
  • 職業
    晶體學家
  • 畢業院校
    北京大學
  • 主要成就
    主持測定使君子氨基酸晶體結構

個人經歷

1956年畢業後在北京中國科學院物理研究所從事晶體學研究,兼任中國科技大學和中山大學教授,第十四、十五屆國際晶體學會,晶體學計算委員會委員,中國晶體學國家委員會委員,主要從事晶體結構分析方法的理論和套用研究。

主持測定了在中國發現的新天然氨基酸-南瓜子氨基酸和使君子氨基酸的晶體結構,並開展了針對天然有機物晶體結構分析的直接法研究,提出將當時尚處于孤立狀態的直接法同重原子法、異常數散射以及同晶型置換法相結合的原理。

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1960-1965年在國內率先開展了中草葯有效成分的X-射線晶體結構分析,後又在晶體研究領域內取得一系列理論和實驗的成果其中有些在國際上處于領先地位,先後獲國家自然科學二等獎,葉企孫物理獎等獎項。

曾應邀在美、英、法、荷、日等國的十多個科研單位作報告,並分別在十二個國際學術會議上做過十五次邀請報告。1993年同英國皇家學會會員M.M.Woolfson教授合寫了一部關于晶體結構分析方法的專著。榮獲2006年第九屆陳嘉庚科學獎。

70年代中期至80年代初在此基礎上主持完成了"直接法處理晶體結構分析中的贗對稱性問題"的研究,發展出一套理論和套用技術。

主持開展了直接法用于蛋白質晶體結構分析的試驗,獲得了國際上迄今最佳的試驗結果;主持建立了多維空間中的直接法並首次用于測定高溫超導材料的非公度調製結構。

還與李方華合作建立了一種用于電子顯微學的圖像處理新方法。

1991年當選為中國科學院院士(學部委員)。

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1956年畢業于北京大學化學系。後任中國科學院物理研究所研究員。1965年提出了將晶體結構分析的直接法同重原子法相結合的原理。後將上述原理發展為解決晶體的超結構及處理各種周相多解問題的一系列方法,此方法已被載入國外有關專著。八十年代又在原有基礎上,提出了用直接法輔助推定生物大分子晶體衍射周相的理論和資料處理方法。

個人成就

範海福院士榮獲2006年第三世界科學院物理獎

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對晶體結構分析中的贗對稱性問題提出了系統的處理方法、建立高分辨電子顯微學中的圖像處理新方法(與李方華合作)、將直接法用于蛋白質晶體結構分析、建立多維空間直接法以測定含周期性缺陷的晶體結構。

發表學術論文一百餘篇,在國際學術會議上作特邀報告27次。與英國皇家學會會員M.M.Woolfson教授合寫專著一部:PhysicalandNon-physicalMethodsofSolvingCrystalStructures,ByM.M.Woolfson&FanHai-fu,CambridgeUniversityPress,1995。

獲1987年國家自然科學二等獎,1991年中國物理學會葉企孫獎,1996年第三世界科學院物理獎,以及1998年何梁何利科技進步獎。

個人貢獻

中科院物理所範海福教授與紐約大學的皇家學會會員MMWoolfson教授的合作項目,是由皇家學會支持的持續時間最長的國際合作項目之一.

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自從1980年在皇家學會與中國科學院的協定下Woolfson教授第一次在北京拜訪範教授之後,兩個研究組就分別在兩位科學家的領導下共同致力于物理結晶學領域的研究工作,在通過物理及非物理方法分析晶體結構研究方面開展了緊密的合作。最近他們將分析蛋白質結晶結構作為工作的重點,將異常復雜的蛋白質結晶結構進行分析定論,這項研究對于生物學和生物技術領域具有非常重要的意義。

範海福教授在1996年獲得了第三世界科學院物理獎,以此表彰他在物理晶體學方面為研究晶體相位問題提供解決方法的卓越貢獻。

個人榮譽

範海福教授,物理所晶體物理學家、中科院學部委員、研究員範海福與他領導的研究組,致力于直接法的研究,開拓其新的套用領域,科研成果獨具特色,居國際領先水準.

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近幾年來,範海福教授先後在不同類型的10個國際學術會議上作過12次特邀報告,受到了國際同行學術界的高度重視與贊譽。

研究方向

晶體結構的衍射分析。

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1.結構生物學中的衍射相位問題

2.單晶衍射分析方法在粉晶分析中的套用

3.電子顯微學中的圖像處理

4.非公度調製晶體結構的分析及方法研究

5.晶體學的電腦軟體設計

個人回憶

範海福回憶,美術學院的一個學生在看完《紅高粱》之後說,"感覺到咱兩腿之間還是有東西的",這是對80年代精神的最直觀的表達。這個看起來不起眼的細節其實很能說明問題。欲望的旗幟在80年代早已豎起,隻是那時的欲望還需要形式,而且欲望的形式還很特別。那時候常常談論的是"人的發現","人性的復歸",甚至有人還將剛剛過去的時代比作"中世紀",而所謂"人性的復歸",不過就是欲望的喚醒而已。

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在粉碎"四人幫"之後,尤其是在"三中全會"召開之後,發生在"文化大革命"之後的政治反思開始擴展到思想文化領域。學術界的思想文化反思顯然受到了官方的政治反思的某種鼓勵,而且雙方逐漸具有了互動的關系,但雙方的步調並不一致。如果說學術界的思想文化反思從整個80年代來看是轟轟烈烈的,那麽,來自官方、以官方為中心的政治反思則一直是小心翼翼的。

個人講座

範海福:一個新方法可能勝過十個新結構

你做科研的目的是什麽?是拿諾貝爾獎嗎?這麽想的話基本上可以保證你拿不了!"

近日,北京大學英傑交流中心的學術報告廳匯集了數百名來自北大、中科院以及附近高校的老師和學生,陳嘉庚科學獎報告會在這裏舉行。這是繼2009年4月18日和11月11日的兩場報告會以來,陳嘉庚科學獎基金會舉辦的第三次面向公眾的學術報告。

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中科院院士範海福報告的內容雖然是"晶體衍射分析"等學術問題,但是他卻往往拋出類似的問話,來講述他的科研經歷和感悟。這實際上也是他報告的主題。

"晶體衍射分析"是範海福近幾十年來一直從事的工作,這是一種在原子層面上測定固態物質的微觀結構,最終用來揭示固體材料結構與性能之間關系的規律的方法。它實際上是科學研究的工具,它是一種獨立發展的物理學方法,但並不屬于代表某一套用對象的學科。

"就像大家都用電腦,可以用電腦研究化學、物理、生物學,甚至用電腦炒股。但是電腦是獨立發展的,不會依附于化學、物理,甚至不會依附于純粹的數學。"範海福開場即給了這個"專業辭彙"一個形象的解釋。

晶體結構分析就是要從晶體的衍射效應求出原子在晶體內部的排布。它屬于物理學中的"求逆問題"。如果已知由晶體發出的衍射波的振幅和周相,這個"逆問題"就很容易解決。但是,用實驗方法雖然可以測量衍射波的振幅,卻很難記錄到它的周相。因此,要想從衍射效應解出晶體結構,就必須先設法找回"丟失了的"周相。

一個新方法可能比十個新結構更重要

直接法是在衍射分析中用于解決周相問題的一種計算方法,是Harker和Kasper在1948年提出的。中科院物理所在1980年成立了晶體結構分析方法研究組,主要從事晶體學中的直接法研究。但範海福早在1963年就已經參與了直接法的研究。

範海福對1959年英國晶體學家Dorothy Hodgkin應邀在中科院物理所作關于測定維生素B12晶體結構的報告的場景一直記憶猶新。在那場報告會上,範海福的老師吳乾章先生提了一個問題:"你試過用直接法去解B12的結構嗎?"Hodgkin回答:"沒有。"

範海福當時很不理解吳先生的提問,心想:"直接法才勉強能對付十來個獨立原子的晶體結構,怎麽可能用來測定B12?"

當時,維生素B12是世界上已經測定的、最復雜的晶體結構,其不對稱單位含有90多個原子(不算氫原子)。Hodgkin研究組為測定這個結構花了7年多的時間。後來,Hodgkin因這項工作以及青酶素等一系列重要的晶體結構測定工作獲得1964年的諾貝爾化學獎,並成為英國唯一獲得諾貝爾獎的女科學家。

幾十年後的今天,用直接法解一個像B12那樣的晶體結構大概隻需要幾分鍾到幾個小時。不僅如此,直接法還可以用于測定比B12大100倍的蛋白質結構!範海福在《物理所建所八十周年隨筆》中這樣記錄:"現在看來當時我所以不理解是因為缺乏科學的遠見。"

"一個新方法可能比十個新結構更重要!"在報告中,範海福將吳乾章1956年引導他做方法研究時說的這句話傳授給了在場的學子。

諾貝爾獎之後還能做什麽

1985年,兩位"直接法"的先驅J. Karle和H. Hauptman獲得了諾貝爾化學獎。但是新的問題出現了,不少人在慶賀兩位先驅獲獎之餘,想給"直接法"畫上一個句號。于是Karle和Hauptman獲得諾貝爾獎之後,不少人在問:諾貝爾獎之後的直接法研究,還能做什麽?這也是範海福在報告中拋給在場聽眾的問題。

在學子們還沉浸在精彩報告中的時候,範海福自己做出了解答:"當時,直接法固然已是功業顯赫,但是,其套用大都仍局限于一個狹小的範圍。因此,'諾貝爾獎以後'的直接法應該走出傳統領域去開拓新的天地。"

如何將直接法用于生物大分子的晶體結構分析,是範海福長期以來關心的一個問題。1965年他首先提出將直接法和單對同晶型置換法或單波長異常散射法相結合的構想。其目的是要減少測定蛋白質晶體結構所需的實驗工作並簡化其分析過程。上世紀80年代以來,世界上主要的直接法研究中心都爭相投入這一研究。

1987年在澳大利亞的帕斯(Perth)召開了第14屆國際晶體學大會。範海福是5位報告人之一,他又提出了直接法今後值得重視的4個發展方向。而在當時,範海福和他的同事已經啓動了其中3個方向的研究。

1988年,美國科學院派了一個生物技術代表團訪問中國,1989年,其出訪報告寫成Biotechnology in China一書並出版。

該書對範海福等科學家在上世紀80年代中期的部分工作這樣評論:"在北京的(中科院)物理研究所……已經使用概率相位推定方法測定越來越大的生物分子的晶體結構。他們是最早發展並使用隨機起始、從頭相位推定技術的一員。這一方法的優點在于無需對重原子衍生物在不同波長下作重復的測量……這對蛋白質工程將有廣泛而重要的潛在意義。"

1997年,範海福等科學家在國際上首次用直接法,從一套單波長異常散射資料解出一個未知的蛋白質晶體結構。

當前,直接法在測定蛋白質晶體結構中的套用大致有3類:第一,測定蛋白質晶體的重原子亞結構;第二,從頭測定蛋白質晶體結構;第三,與傳統蛋白質晶體學方法相結合以破解原有方法中的"相位模糊"問題。

"進入21世紀以後,我們已經開始部分地兌現了當年美國科學院生物技術代表團所預期的'對蛋白質工程'的'廣泛而重要的潛在意義'。現在正為全面地兌現這一'潛在意義'而繼續努力。"範海福在題為《往事點滴》的隨筆中這樣記錄。

在報告的最後一部分,範海福詳細介紹了他的研究組編寫的OASIS程式。這是國際上用于執行第三類直接法的最重要程式。"目前,OASIS程式還在不斷更新中。"他告訴在場的學生,他自己對此也有著很大的期待。

一個多小時的報告會很快結束了,連現場非專業的聽眾也沒有感到絲毫的難懂或晦澀。在競相向範海福提問後,許多學生仍久久回味在精彩的報告之中,不願散去。

來自中科院福建物構所研究生一年級的學生趙明磊告訴《科學時報》記者:"最難得的是,我們從範老師的報告中,學到了很多做科學研究的思想。'不要在乎科研道路上的那些負面評論,專心搞自己的科研,就一定能作出很好的科研成果'……這些話我會終身銘記!"

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