江志伟，一位来自湖北武汉的青年学者。他于2022年，在30天内，连发Nature和Science。

在发表于Nature的“Aligned macrocycle pores in ultrathin films for accurate molecular sieving”一文中，江志伟报道了一种含有定向大环孔的超薄纳米膜，能用于药物精准筛分，目前已在大麻二酚提纯上得到成功验证。与现有的商用膜对比，有序排列的大环分子膜可提高一个数量级的通量，并且提纯度达到商用膜的三倍。

同时，江志伟表示论文中的策略可普及到其他同类的多孔材料中，真正实现对膜孔径的精准把控，做到“指哪打哪”，让膜分离能在高附加值、亟需精准分子筛分的领域大放异彩。

江志伟目前任新加坡南洋理工大学（NTU）助理教授。长期致力于超薄聚酰胺膜、多孔分子膜、有序大环分子膜的构筑，以及膜分离在海水淡化、药物提纯、石油分馏等关乎国家重大战略与工业制造核心场景中的应用。

作为ESE期刊青年编委，江志伟老师主要负责膜分离技术与先进膜材料相关的跨学科领域稿件的初审把关。

文｜江志伟

应ESE的邀请，我回顾一下这篇文章从无到有的过程，我想也应该如此，趁着一切都还没有过去太久，也算是自己成长道路上的一个记录。

时间要回到2017年7月，我博士后开始了半年。当时在做的一个项目既不是我的专长，实现的可能性也很渺茫，但也只能边划水边做着。7月的时候在美国有一场学术会议，我听了一个报告，是沙特阿卜杜拉国王大学（King Abdullah University of Science & Technology，KAUST）的一个博士讲环糊精膜的，是直接将不加改性的环糊精直接交联成膜，希望其本身的内在空腔成为膜孔实现筛分。然而由于环糊精的上下两端是同一官能团，在反应中会被无序交联，而膜厚度也高达180纳米，使其堆叠也倾向于无序，而无序则会阻碍内腔相连形成贯穿的膜孔。很震撼的是报告的最后一页，是一个个环糊精闪现在屏幕上一个个地有序排列堆积起来，演讲者说，这是他最希望能达到的状态，只有如此，才能真正有效地把环糊精连接起来形成传输通道，实现精准筛分。这一幕给了我极深的印象，会后我也在一直思索着解决方案，慢慢心里产生了一个想法。

回到伦敦后，我找到了同组的博士后董瑞蛟，我说：“老董，情况就是这么个情况，可以把环糊精的一端改性成氨基吗？”老董说：“这有什么难的，就只需要这样再这样然后再那样整一下（此处省略一千字），就好了。”我说那就整。半年多后，老董给了我第一批产物，我兴奋不已，马上拿来做膜，与交联剂均苯三甲酰氯（TMC）一反应便成功了，但性能却不符合理论预期。那时正好有一篇文章也发了出来，与KAUST的文章很相似，不同的是用均苯三甲酰氯取代了KAUST文章中的对苯二甲酰氯（TPC），而两篇文章的关键性能却很不一样。这让我也开始思索，是否存在一个统一理论模型能解释两者的区别和背后的原因，以及我实验中不符合理论预期的数据是否是使用TMC造成的。我每天放学的路上就把这些想法一股脑地倒给我的室友听，他也只能被迫“洗耳恭听”。

慢慢地，交联剂的问题想清楚后，课题中最大的两个难点也浮现了出来，即如何证明有序排列和孔的存在。我知道X光衍射（XRD）是检测有序结构最好的仪器，先是尝试在化工系里的分析实验室用普通的XRD测试，但技术员告诉我，膜太薄了，这个仪器只适合测固体粉末，要不你去材料系找人用小角的（SAXS）给你试一下。等我跑到材料系找到人测了一遍，还是不行，结论也是一样，膜太薄了，SAXS测几百纳米到微米级别的可以，但这几纳米的薄膜就不行了，我只能悻悻然地离开了。比较幸运的是，一个月之后我跟美国西北大学的一个合作者开会，他们在会上展示了一张掠入射广角X射线散射（GIWAXS）的图，是用来表征他们合成的COF膜的结晶性，而那个COF膜也只有20纳米厚。我立即眼前一亮，这不正是我想要找的技术吗？于是会后我联系了合作者，询问是否能够用这个技术来表征我的膜。合作者将我介绍给了他们组实际做这个实验的博士生，我大概说了一下膜的基本信息。他觉得不太乐观，但他使用的GIWAXS在Argonne国家实验室，有世界上最强的X射线光源，确实可以表征这几纳米的薄膜，他同意帮我试一下。一个月之后，他表征到了膜中的晶体结构，十分惊诧，还在测试中就给我发来了邮件，听到这个消息的我也兴奋不已。

接下来更难办的是膜孔的表征。聚合物膜孔的表征一直都是个难题，尤其是埃米大小的膜孔。我一开始异想天开地想用扫描隧道显微镜（STM）观测，因为看到不少文章中STM都能在原子尺度上观测到孔道。于是联系了牛津和伦敦大学学院（UCL）的两个有STM设备的组，问他们是否可以测试一下，UCL的组一口回绝，因为这个是聚合物膜，无法导电，也就无法观测。牛津的组倒是帮我测试一下，但结论和UCL组是一样的。正当沮丧的时候，我们组要来一个获得玛丽居里基金的博士后研究员，我们虽然几年前在会议上就相识，但对彼此的工作并不熟悉，这次知道她要过来，我抓紧恶补了几篇她的文章。发现她的文章中不仅用了STM，更让我眼前一亮的是还有一个叫超高真空原子力显微镜（UHV-AFM）的技术，也可以对膜表面进行观测，且不要求膜能导电。不过，膜孔必须足够稳固，不能在超高真空环境下坍塌，而这也恰是环糊精腔体的独特之处，其能在真空环境中仍然保证原有结构。我马上通过这个博士后联系到了她所在德国比勒费尔德大学（Bielefeld University）的合作者，他们听说是聚合物膜，一开始也不乐观，还是担心前面提到的聚合物膜孔坍塌的问题，但同意帮忙测试几个样品。一测果然看到了埃米的孔径，这得益于环糊精本身稳固的结构在高真空下不易坍塌。

这之后我们美国小哥和德国小哥都成了好朋友，他们也成为了坚实的后盾，一路上给这个工作给予了很大的支持。

后来将这些结果一起呈现给老板，他对能观测到亚纳米膜孔很开心，但也同时提出了应用上的问题，他觉得不能停留在只用染料截留去证明精准筛分的效果，而需要有个真实的应用场景去体现这款膜的优越性，他随即建议了提纯大麻二酚的应用。于是，我买来了相关材料进行实验，而中间因为骨折和疫情等原因又耽搁了几个月，但好在后来的测试结果不错，我们的膜确实是优于商用膜的。

我个人的感觉是，科研本质是探索未知领域，因为未知，所以无法一蹴而就，走弯路、碰壁、不被看好、不被理解，都是常态，需要的是一颗坚定的心熬过去。但也正因为未知，所以科研是美妙的，它总会给你带来惊喜。哪怕听说过大海，在电视上见过大海，真正亲临大海、倾听大海的时候，也会被它所震撼。

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