范海福

简介


男,1933年生,1956年毕业于北京大学化学系,现任物理研究所研究员。1991年当选中国科学院学部委员(数理学部),现中国科学院院士。2000年当选第三世界科学院,现为发展中国家科学院(TWAS)院士。 

主要研究方向


原子尺度下物质结构的衍射分析方法:
1. 晶体学中的直接法用于生物大分子结构分析
2. 单晶衍射分析方法在粉晶分析中的应用
3. 高分辨电子显微学中的图像处理
4. 非公度调制晶体结构的分析方法
5. 晶体学的计算机软件设计
6. 与X射线自由电子激光(XFEL)和冷冻电子显微学(Cryo-EM)相关的衍射分析(新开研究方向)
 

过去的主要工作及获得的成果


一、提出用“直接法”求解“超结构”和“非公度结构”的方法,编写了电子计算机程序SAPI(Structure Analysis Programs with Intelligent control)和DIMS(Direct methods In Multi-dimensional Space)。它们分别是世界上第一个可以解析超结构和第一个可以解析非公度结构的直接法程序。1986至1995年间,SAPI曾被国外两家分析仪器公司(日本的RIGAKU公司和美国的MSC公司)采用为单晶体结构分析的主程序。DIMS随后与下节提及的VEC程序合并。
二、提出将“直接法”用于高分辨电子显微学的图像处理,由此创建了包含“解卷”和“相位外推”的“两步法”图像处理技术。有关算法连同上面提到的DIMS一起编入了VEC(Visual computing in Electron Crystallography)程序中。该程序在2000至2005年间,有66个国家和地区(含全部发达国家)中的1000多人从http://cryst.iphy.ac.cn 网页下载。至2017年,每月仍有数例新增的下载。
三、中科院物理所是国际上最早(1965年)提出将“直接法”用于蛋白质晶体结构分析的少数单位之一。1985年我们导出所谓“P+ 公式”,用于破解蛋白质晶体单波长异常衍射(SAD)或单对同晶型置换(SIR)中的相位模糊(phase ambiguity)问题。OASIS(One-wavelength Anomalous scattering and Single Isomorphous Substitution)是基于P+ 公式的电子计算机程序,用于蛋白质衍射相位推演。OASIS从2000年起正式发布并当即被国际著名的蛋白质结构分析程序库CCP4(Collaborative Computational Project No. 4, UK)收录。IPCAS(Iterative Protein Crystal structure Automatic Solution or Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences)是2012年在中科院物理所建成的蛋白质结构分析流水线。其中OASIS和多个国际著名的程序被整合于一个双空间迭代的框架中。OASIS负责衍射相位的推演并在迭代过程中作为承接和整合由其他程序反馈的相位和结构模型的平台;其他程序分别在电子密度修饰、结构模型构建和模型精修等环节发挥作用。多次实例试验证明,使用OASIS的双空间迭代明显地优于不使用OASIS的双空间迭代。以上研究成果曾应邀在国际学术会议上作报告40余次。并获得1987年国家自然科学二等奖、1991年中国物理学会叶企孙奖、1992年国家科技进步二等奖(范海福为第二获奖人)、1996年第三世界科学院TWAS物理学奖、1998年何梁何利科技进步奖、2005年国家自然科学二等奖(范海福为第二获奖人)、2006年陈嘉庚数理科学奖。

代表性论文及专利


专著:
《Physical and Non-Physical Methods of Solving Crystal Structures》Michael Woolfson (FRS)& Fan Hai-fu, Cambridge University Press, 1995.
国际及国内学术会议邀请报告(以下只列出10篇):
[1] “串行晶体学”。范海福,第三次X射线自由电子激光 (XFEL) 香山会议,上海,2014.
[2] “基于硬X射线自由电子激光的、原子尺度下的物质结构分析”。范海福,第一次X射线自由电子激光 (XFEL) 香山会议, 北京,2012.
[3] “Diffraction phasing for nano-crystals/particles”. H.F. Fan, lecture at International workshop on Science with Free Electron Lasers, Shanghai, China, 2011.
[4] “Direct methods in protein crystallography”. H.F. Fan & Y.X. Gu., lecture by Fan Hai-fu at X-ray Methods in Structural Biology Workshop, Cold Spring Harbor Laboratory X-ray Crystallography Course at IBP, Beijing, China, 2008.
[5] “Electron Crystallographic Study of Incommensurate Modulated Structures”. Fan Hai-fu, Li Yang, Wan Zheng-hua, Fu Zheng-qing, Mo You-de, Cheng Ting-zhu & Li Fang-hua, lecture by Fan Hai-fu at Joint annual meetings of the Microscopical Society of Canada and Microscopy Society of America. Quebec, Canada, 2002.
[6] “New methods and visual computing in electron crystallography”. Fan, H.F. Wan, Z.H., Liu, Y.D., Fu, Z.Q., Li, Y and Li, F.H., lecture by Fan Hai-fu at International Kunming Symposium on Microscopy, Kunming, China, 2000.
[7] “Multi-dimensional direct methods”. Fan Hai-fu, lecture at Advanced Study Institute on Electron Crystallography, Erice, Italy, 1997, published in Electron Crystallography. Ed. by D. L. Dorset, S. Hovmöller & X. Zou, Kluwer Academic Publishes, The Netherlands, 1998. Pp. 193-202.
[8] “Direct methods of solving phase ambiguities in macromolecular structures”. Fan Hai-fu, lecture at Advanced Study Institute on Direct Methods for Solving Macromolecular Structures, Erice, Italy, 1997, published in Direct Methods for Solving Macromolecular Structures. Ed. by S. Fortier, Kluwer Academic Publishes, The Netherlands, 1998. Pp. 297-305.
[9] “Direct Methods outside the Traditional Field”. Fan Hai-fu, lecture at Symposium in Honor of Jerome Karle and Herbert Hauptman (Nobel laureates in chemistry, 1985), XIVth IUCr Congress, Perth, Australia, 1987.
[10] “单晶体X射线结构分析及其在研究天然有机物中的的应用” 范海福、林政炯、梁栋材(报告人:范海福)。第一届全国天然有机化学会议,上海,1963。(全文刊登于《天然有机化学综述论文集》科学出版社,1966,250-277页)更多著述及详细研究内容请浏览: http://cryst.iphy.ac.cn

目前的研究课题及展望


课题:X射线衍射分析方法用于Cryo-EM的图像处理和解析
原子尺度下的物质结构分析,对于上世纪科学和技术的发展起到了重大的推动作用。这种作用在本世纪不会减弱而只可能增强。因为,21世纪的、原子尺度下的物质结构分析,有一个重要的动向:其分析对象将从晶态物质向所有非结晶状态的凝聚态物质扩展。在此个过程中,Cryo-EM 是个当仁不让的先锋,而基于高强度同步辐射光源或者硬X射线自由电子激光(XFEL)的X射线衍射分析则是义不容辞的主力军。
包含了Cryo-EM的高分辨电子显微学和以X射线衍射分析为核心的X射线晶体学之间,不存在相互取代或者争夺地盘的可能。但是它们之间却有相互补充相互借鉴的广阔空间。中科院物理所在这两个方面都有长期的积累。上世纪八十年代,中科院物理所提出了“X射线衍射分析方法用于高分辨电子显微学的图像处理”这个研究方向,并获得了重要的成果。
目前的课题从本质上看,是上述研究方向在新形势下的继续。这个新形势就是“原子尺度下的物质结构分析”从晶态物质向所有非结晶状态的凝聚态物质扩展。本课题的研究将为达到这一目标作出重要的贡献。

培养研究生情况


已有十余人获博士或硕士学位毕业。其中一人当选中科院院士,八人在国内外获教授或高级研究员职务。

电话:

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