論文被質疑！韓國科學家發《Science》回應！

　　2020年7月31日，韓國軟物質及生命材料基礎科學研究所(IBS) Steve Granick教授團隊利用脈沖場梯度核磁共振（NMR）技術探究了15個常見有機反應中的溶劑分子擴散情況，包括銅催化的點擊反應和Diels-Alder反應。（《Science》重磅：化學基本法則再次受到挑戰！）

　　研究表明，當化學反應放出能量的速率超過一個閾值時，該反應就可以通過發送長距離波來加速反應物和周圍溶劑分子的運動，從而使得反應物和附近溶劑的移動性比布朗擴散更快。這一研究成果打破了遵守多年的化學基本規律！證實了分子擴散和化學反應無關

　　作者指出，增強的“流動性”是由于能量釋放過程中產生反應中心的瞬時平移運動，從而擾動了溶劑分子。這一發現，有助于人們了解化學反應中的基本問題，即在溶劑環境中能量是如何從反應物傳遞到產物，填補了以往對化學反應過程中化學反應對周圍環境的影響的未知。

　　質疑

　　2021年1月15日，來自德國馬普所智能系統研究所Peer Fischer教授和澳大利亞新南威爾士大學Jonathon E. Beves教授領導的國際團隊對Steve Granick教授等人的工作提出質疑。

　　他們認為，Steve等人觀察到的明顯的“增強的分子流動性”是一種已知的人工假象。 他們使用擴散NMR技術來驗證化學物質（包括溶劑）在化學反應過程中會經歷較高的自擴散性，并將這種增強的分子擴散性歸因于微觀能量耗散的方式：將化學反應產生的能量轉化為動能。然而，在NMR測量期間，Steve 等人忽略了非擴散以外的因素對信號強度的影響，實驗過程中使用單調遞增的梯度幅度會產生錯誤的擴散系數。

　　Peer和 Jonathon等人使用隨機磁場梯度進行驗證，發現并沒有觀察到分子擴散增強的現象。也就是說，Steve 等人觀察到的“增強的流動性”很可能僅僅是一種假象，是由于測試過程中測量方法不當導致的。

　　質疑一：Peer和 Jonathon等人通過仔細分析Steve 等人文中的數據發現，雖然作者在測試過程中避免了對流偽影對實驗數據的影響，但未考慮到非擴散性因素對NMR信號強度的干擾。在原文中，同一分子的炔烴和亞甲基質子的1H NMR信號的擴散系數也相差近30％，分別為6.62×10–10 m2 s-1和8.55×10–10 m2 s-1。

　　質疑二：Peer和 Jonathon等人重復了文中所示的銅催化點擊化學反應，當使用單調遞增的梯度振幅測試時，觀察到了原文作者描述的擴散增強現象。而當使用遞減的梯度變化磁場時，卻觀察到相反的實驗結果，即較慢的擴散現象。值得注意的是，使用動態的時間分辨擴散NMR測量并沒有觀察到所謂的擴散增強或減慢的現象（圖1），且此時炔烴和亞甲基質子具有相同的擴散系數。

　　這充分說明， 與擴散衰減無關（即非擴散性因素）的信號強度變化是偽像的來源，這導致測量的擴散系數出現明顯變化。 因此，Peer和 Jonathon等人認為原文作者的實驗結論并不可靠！

　　圖1：不同磁場條件，如單調遞增、遞減和隨機磁場梯度下的擴散系數變化。

　　正面回應

　　同一天，原文作者（Steve等人）在《Science》正面反駁了上述質疑。他們聲稱，通過補充使用隨機磁場梯度序列測量的實驗數據，證實使用隨機磁場梯度和原文中的遞增梯度或遞減梯度所獲得的實驗結果都是一致的，進一步驗證了他們之前的實驗設計預期。

　　回應一：通過使用Peer和 Jonathon等人推薦的隨機梯度測量方法與原文的方法進行比較，原文作者發現無論使用隨機梯度磁場、遞增梯度磁場或遞減梯度磁場，所得到的實驗結果完全一致（圖2）。

　　作者表示，為了保證作為數據分析基礎的穩態假設的有效性，他們選擇的化學反應速率足夠慢，允許平均3至5分鐘的信號采一個數據點。而Peer和 Jonathon等人提供的模擬數據（圖1）是在實驗時間窗口內將可觀測值改變了80％左右的效果。言外之意，Peer和 Jonathon等人質疑時提供的實驗數據的有效性有待考證。

　　圖2：作者回應的數據：使用隨機，遞增和遞減的磁場梯度時，點擊化學反應的擴散系數變化。

　　回應二：Peer和 Jonathon等人在質疑時提供的數據并沒有說明任何有關化學反應速率的信息，而原文作者設計的實驗中，化學反應的時間為100分鐘甚至更長的時間，是Peer和 Jonathon等人進行實驗的5倍時長。因此，原文作者認為，Peer和 Jonathon等人所重復的反應條件與原文的實驗條件并不相同，所得出的結果有出入也是正常的，并不能證明原文的結果有誤。此外，原文作者強調，僅當反應的能量釋放速率超過給定化學反應的閾值時，才能觀察到增強的擴散現象。

　　回應三：針對Peer和 Jonathon等人所質疑的同一分子上的不同質子具有不同的擴散系數，原文作者給出的解釋是：實際上，對于質子與氘核在溶劑中快速交換的情況，是業界公認的。在原文的補充材料中，作者已經在“反應中間體的擴散”中討論了化學反應的情況，其中不同的中間體在反應周期中存在不同的時間。而且，作者使用隨機磁場梯度測量方法證實了這一結論。

　　綜上，原文作者采用質疑者提供的測量方法給出了相對更加令人信服的數據，直接有力地回應了Peer和 Jonathon等人的質疑。

　　思考

　　認真揣摩了上述的質疑與回應之后，小編也想表達自己的一些思考，拋磚引玉，與大家探討交流：

　　1. 雖然目前原文作者給出了令人信服的數據，但是究竟是否還有遺漏或補充的地方仍然尚未可知，說不定還會有下一輪交鋒。盡管如此，Peer和 Jonathon等人這種質疑的學術精神還是值得我輩推崇的，身為科研人，大膽猜想，小心求證，方是王道！

　　2. 面對質疑，我們首先要相信自己經過無數日夜打磨的研究成果。客觀辯證地看待質疑，然后像原文作者那樣，使用質疑者推薦的方法或觀點獲得令人信服的實驗數據。要用有力數據來反駁質疑者！

　　作者簡介：

　　Steve Granick現任韓國軟物質及生命材料基礎科學研究所(IBS)教授、美國科學院院士、美國藝術與科學院院士。他1982年于威斯康辛大學取得博士學位，之后先后于法國法蘭西學院及美國明尼蘇達大學從事博士后研究，1985年至2015年于美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校從事研究工作，2015年起于韓國軟物質及生命材料基礎科學研究所從事研究工作并任實驗室主任。Steve Granick長期從事單分子物理化學，高分子及復雜流體和生物材料方向的研究并作出杰出貢獻。迄今為止，他已在包括Science, Nature, Nat. Mat., JACS, PNAS，Phys.Rev. Lett.等雜志上發表論文300余篇。現任Langmuir, J. Phys. Chem., J. Chem. Phys.等多個期刊編委。曾獲2009年APS高分子物理國家獎，2013年膠體與界面國家獎，2014年巴黎科學獎章等諸多榮譽與獎勵。