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2018年11月1日
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pt老虎机游戏陈洪渊团队:
打造钻进细胞的“放大镜”

人体的细胞众多,就像一个小宇宙。想要理解生命过程,就要对细胞的分子情况加以详细了解。如果有一台可以钻进细胞的放大镜,科学家就可以像侦探一样探究生命过程的化学本质,为疾病早期诊断提供宝贵数据。

如何发展更高时空分辨率的观察工具,是目前全球科学家你追我赶的研究热点之一。在今年的诺贝尔生理学或医学奖评选中,奖项最终颁给两位在癌症免疫治疗领域的科学家,这其中就少不了仪器的贡献。

“大多高度原创性的工作使用的都是自己的仪器。只有用自己的仪器,才能做出自己的成果。”中国科学院院士、pt老虎机游戏化学化工学院教授陈洪渊说。而他所带领的团队正在做着“积累”的工作,目前所开发的仪器将对单细胞分析提高到50 纳米和纳秒级的时空分辨率,部分指标在国际上达到领先地位。“只有通过几代人的不断积累,我国才有可能成为分析仪器制造的大国和强国”。

( 陈俨 摄影)

“做高端仪器,做买不到的仪器”

50纳米和纳秒相当于什么呢?

“这个尺寸和时间就相当于一根头发丝直径的千分之一和亿分之一秒,分辨率尺寸的缩小,好比原来拍照的像素是512×512,我们发明了可拍摄更高像素(譬如2048×2048)的相机工具;而且分辨时间越小,就相当于快速相机,将整个过程的细节看得更清晰了。”“青年长江学者”、南大化学化工学院教授江德臣解释说。

而这一成果产生的背后,是一代代科研人对基础研究与研制仪器孜孜不倦的追求。

今年已经80岁高龄的陈洪渊是我国分析化学领域的泰斗之一。谈到科研的意义,他感触颇深:“过去是‘造船不如买船,买船不如租船’,但现实对我们的要求是,不能再完全去买船、租船,而要自己造船。只有自己制造仪器,才有可能创新。我们要做高端仪器,做买不到的仪器。”

从上世纪80年代开始,他就开始探索针对生命分析时空分辨分析的技术和装置,所提出的关于超微电极扩散层的相关理论被国际纯粹与应用化学联合会写进正式技术报告;“稳态反应—扩散层”概念被国际公认的经典电化学教科书引用。

上世纪90年代中后期,陈洪渊团队在构建三维有序生物催化活性界面和新型生物传感器件研制方面,开创了在场效应管绝缘栅界面的纳米组装,研制出国际上第一个纳米粒子修饰、性能优良的场效应管生物传感器。

进入21世纪后,团队对生命活动过程中的分子含量等变化进行探测,开拓生命分析化学研究新领域。比如,发明了一种新型芯片电化学检测法,解决了长期以来细胞在芯片中分析和电化学测定耦合干扰的难题,实现了对含量极低的关键生物分子的测定。

2010年后,团队围绕病变(如癌症等)的单个细胞开发原创仪器,在国际上首次实现对细胞内单个细胞器蛋白活性分析,研究成果发表于国际一流期刊《美国科学院院刊》(PNAS),为深入理解生命过程的化学本质提供了技术手段。

“一个细胞就是一个小宇宙”

“一个细胞就是一个小宇宙。”

这是陈洪渊最常对团队成员说起的一个理论观点。在他人看来,细胞是小得极致,宇宙是大得极致。而在陈洪渊看来,小与大是一个辩证的概念。这种辩证的思路,也是帮助团队在研究初期攻坚克难的法宝之一。

江德臣回忆,项目研究的重点之一是获取单个细胞内纳米空间尺度上生物分子的信息。实现该分析的关键在于,如何将用于分析的各种物质精准地输运到该纳米空间中,完成对目标生物分子的化学反应和测量。在细胞内如此狭小空间进行精准和定量的物质输运是一个公认的难题,没有成熟的技术可以借鉴。

在开始尝试的前几个月,他们碰到了一系列困难,没有获得一个有效数据。

江德臣说:“陈老师告诉我们这个辩证的概念后,我们的思路一下子打开了。把细胞看成一个大东西以后,所有宏观上的工具便都可以运用于此。我们需要做的只是把工具做小,和细胞匹配。这么一来,这个项目在操作上的难度便降低了。”

终于,在尝试的第4个月,他们成功获得了第一滴从纳米毛细管精准排出的液体。

类似科技哲学上的思考,也助力了团队建设 。

正如陈洪渊给中国科学院第十九次院士大会的寄语所言,“穷究物性”是一切科学思考、产生创新的根本之源。

在他眼中,“所有的生命过程都不过是物质输运、电子传递和能量转移,所有的科学问题也都应该回到这个本源,从根本的物性出发去溯源。科学是综合性的学问,分科只是为了使学习和研究更加专业”。在这样的观念指导下,团队间的学科界限被打破,成员们从基础和根本问题出发,往往能更高效地找到解决方案。

“成功在于你所前进的方向”

2015年,《自然》杂志将杰出导师奖颁给了5位中国科学家,奖励他们在启发年轻科学家方面做出的重要贡献。陈洪渊便是其中之一。

8年前,当时还在美国攻读博士学位的南大化学化工学院副教授康斌一直有一个梦想——探测活细胞中瞬态的能量涨落。活细胞里面的能量变换和涨落,蕴涵着许多未知的秘密。但是这个梦想,在美期间他一直没有条件实现。

2015年,康斌回国加入陈洪渊团队,发现这一梦想和陈洪渊的想法不谋而合。“我们都相信有望作出原创性研究。”康斌说,但对于是否马上开展研究,自己还是顾虑重重——原创性研究需要时间,不可能一蹴而就;青年教师考核压力大,三五年过去一无所获怎么办?

了解到康斌的两难境地,陈洪渊不断鼓励他。“有好多次讨论是在午饭时候的食堂进行的,陈老师跟我讲他个人学术生涯的故事,讲南大分析学科发展过程经历过的困难时期,回顾科学史上重大突破经历的‘黎明前的黑暗’,从辩证法、方法论上帮我理清头绪。同时,在科研经费、仪器设备、研究生配备上给予了大力支持。”康斌说。

慢慢的,康斌吃下“定心丸”,决定“啃”这块“硬骨头”。3年过去,他们已经自主研制出相关装置,实现了对活细胞中瞬态热量变化的测定,并有了原创性的发现。“有一句话说:“成功并不在于你所处的位置,而在于你所前进的方向。”无疑对于年轻人而言,前进的方向远比所处的位置要重要得多。”

不只是康斌,在项目执行过程中,团队成员的原始创新都得到很大的鼓励与支持。溯源物质性质,从源头上设计各个实验方案成为团队的指导原则。由此也带来了一系列丰硕成果,近年来,该团队不仅收获了多篇重要学术论文,也使得年轻人快速成长。其中有长江学者特聘教授夏兴华、长江学者特聘教授和第十届中国青年女科学家奖获得者徐静娟,还有7年内实现了从副教授、教授到青年长江学者三级跳跃的江德臣。

“心系祖国、心系人民健康,只有心怀这些远大目标才能有持久的动力。”陈洪渊如是说。