夏 有 为

(《实验室研究与探索》编辑部， 上海 200030)

4.3 以学科交叉整体观，溯源物质世界本来面目

夏：你们是如何攻破这些难关的？

陈：共聚焦荧光显微技术是目前最主要的单细胞分析手段，空间分辨率在250 nm左右，时间分辨率在毫秒级，无法同时满足对时间、空间分辨的要求。研究生物分子相互作用动力学，需要低于微秒级的时间分辨率，而共聚集荧光显微技术的时间分辨率不能达到这个要求，解决细胞中生物分子高时空分辨的动态监测，必须另辟蹊径。

我们提出一种以纳米级电化学探针为核心，利用纳米级电化学探针的天然多重特性，将电化学、光学和质谱技术集成在一个微工作平台上，融合微流控芯片、耦联光学-质谱技术发展全新的单细胞分析仪器。

项目自始至终以“科学与工程控制论”的整体观，将生命、物理、化学、信息等学科的交叉性，各种物理场及物质相互作用的非线性，电子迁移、能量交换、物质输运等在特定过程的一体性和矢量性等基元有机融合，突破局部掩全局和一叶障目的局限，溯原物质世界的“本来面目”，实现项目既定目标。这是实施项目总体指导思想和技术路线上的革新与创新。

项目执行方针采取两条腿走路，以问题引导仪器的完善，以仪器性能的进一步改良促进问题的解决；一边研制，一边研究，一边解决。目前，该仪器已经过国家自然科学基金委组织专家顺利完成验收。

图10 仪器总体实施方案示意图

仪器的技术指标见表1。

表1 仪器的技术指标

我们的技术核心，一是高时间分辨与高空间分辨：高时间分辨(电化学检测10 μs，光谱检测5 μs)；高空间分辨(电化学检测30 nm，质谱检测400 nm)；质量检测下限达到amol量级；

另一个核心是将电化学、光学、质谱3种方法融合于一体。仪器实体外观照片见图11，仪器的总体结构见图12，仪器控制构架见图13。

图11 单细胞时空分辨分子动态分析系统仪器实体外观照片

图12 仪器的总体结构图

图13 仪器控制构架图

这个仪器可以解决许多问题，也促进了我们对生命分析化学基本问题的认识和思考：生命的活动过程不仅在于物质的演变，还包括能量和信息的传递；能在nm级的空间、微-纳秒时间内获得细胞内生物分子相互作用过程中的电荷、能量、物质的变化和分布，则将有利于揭示细胞内未知规律，获得重要的科学发现，产生原创性的研究成果。单就仪器性能而言，这个分析系统在国际上率先耦合了纳米电化学、光学和极紫外光解吸/电离质谱技术优点于一体的耦合集成，从而大大提高了单细胞分析的灵敏度和时空分辨能力，可以定量分析单个细胞器(例如溶酶体等)中蛋白活性；质谱成像系统的VUV解吸/电离质谱单细胞成像部分与商品化SIMS仪器的比较，本方法的分子碎片少，灵敏度高，利于分子的重构，优于常规紫外光解吸/电离以及SIMS(Bi3+源)方法，实现了400 nm的空间分辨，其他指标也都可与国外同类仪器媲美，例如比VUVDI方法的离子产率、碎片和图像对比度均有明显提高。

夏：目前你们在研究什么新的问题？

陈：脑是认知过程的载体，是意识与思维活动的中心，脑活动相关分子的产生、信息传输与转化过程是形成感知、思维等复杂脑功能的物质基础。美国、欧洲、日本、韩国都启动了脑科学研究计划，中国也是如此。

因为有了上面那个项目的支撑，南京大学启动了“卓越计划”对我们持续支持，旨在研究记忆的分子基础，研究意识和记忆存在的物质基础是什么？即：

(1) 脑功能和化学信号之间是如何精准关联匹配的？

(2) 脑功能携带的化学信息是什么，存在编码吗？

(3) 化学信息是如何存储的，介质是什么，存储规则是什么？

(4) 如何实现对脑功能的精准调控？

……

诸如此类的问题都是我们研究的对象。而脑功能的重要部分是记忆，“人脑的记忆之谜”是属于最难破解的“科学之谜”之一。这个研究计划正在进行中。

5 加强科学仪器管理，促进科技创新

夏：您对科学仪器管理还有什么建议？

陈：对于科学仪器，不论是原有的，还是新创建的，要注重如何更广、更深地促进基础研究。科学研究仪器平台建设完成后，对它的后期维护、共享管理和长期的维持很重要。其次，针对仪器装置使用的在研项目和后续支持也应加强。还有就是要注重仪器创新的转化工作，将成熟的技术转向实际应用，演变成新的仪器设备或检测仪器。例如我们研究组将自己研制的单细胞电化学分析仪已初步产业化，这套设备可以测量单细胞中小分子的浓度和酶分子的活性。我们国家每年投入大量科研经费，很大一部分用于科研设备采购，作为分析科学工作者，研制国家自主产权的仪器，通过技术创新带动科技进步，我们责无旁贷。

6 教学与科研相互促进，加强人才能力培养

夏：最后想问一句，在完成重大科研任务的同时，对教学任务如何平衡？

陈：我们高校的根本任务是培养优秀人才。如何平衡高校的教学与科研值得重视，我认为教学与科研是衡量一所高校水平的两大板块，也是教师职称评审和成果考核的两个方面。就好比教学是刀背，科研是刀锋；没有刀背的支持，刀锋就会卷刃。科研成果固然更易显现和量化，而教学效果却难以在短时间内凸显，但教学质量的高低直接影响着人才培养的质量。教师职称和科研成绩考评，长期以来普遍侧重科研成果，其中又以论文指标为先，这种偏颇情况如果不及时扭转，高质量人才的培养就会落空。

通过教材编写水平、与学生互动情况以及学生成绩等方式，教学成果可以得到有效衡量。近年来，许多高校都在不断改进教师考评体系，并一再强调优秀教师站在教学第一线，目的即在于此。南京大学设置了教学岗的教授与副教授，并设立数额巨大的奖教金，重奖教学优秀的教师，还为教师提供良好的科研平台和启动经费，以此改变以往重科研、轻教学的考评氛围。

科研与教学应是相互促进的关系，要让科研任务带动教学的改进。比如，分析化学的前沿领域需要综合性人才，不仅要掌握化学的基本原理，同时还要具备物理、生物、电子等相关学科的知识。分析仪器行业的人才也一样，需要电子、机械、力学等数理化各方面的知识。为了科研发展的需要，就需要改进课程设置，提高教师水平。同时，在让学生树立“人生价值是奉献”的人生观和价值观，掌握坚实的基础理论和专业知识基础上，要加强对学生能力的培养。以分析化学为例，我认为分析化学需要综合性的人才，知识面要广、动手能力要强。而现在很多大学的研究生发几篇论文就可以毕业，缺少应用和实践经验，这是亟须改进的。然而，许多学校在分析化学专业的课程设置中把电子学、物理等课程都砍掉了，这是分析化学人才培养方面的一个很大的缺陷。

现在大学的教科书越编越厚，但内容很不简明，没有提纲挈领的东西，点不到要害。结果导致学生学的知识繁琐而缺乏条理，枝枝节节讲得很细，舍本逐末，掌握不了全局的知识结构，影响了学生的创造性思维;而且对相关学科关心太少。我们在教学的过程中要采用比较简明的方法来说明深奥的问题，提纲挈领，扩大学生的知识面，目的在于引起学生的思考，启发学生，而不是机械地去要求;我们要培养和提高学生的分析和综合的能力，尔后才能有解决问题能力的提高。

学习是分学科的，专业也是分学科的，但是工作的时候不管是哪个学科，解决问题都是综合的。所以，不管是在学校的学生，还是已经毕业工作的同学，在学习的过程中都要把知识面铺开，广泛涉猎并掌握相关学科的知识和技能。

最后，再讲两句：

穷究物性，敢为人先，勇于攀登，严谨求实，为开拓创新之首；

心系祖国，团结协同，激励奋进，志在奉献，为付诸行动之根。

我想用这两句话跟战斗在实验室的同志们共勉。为实现中华民族的伟大复兴，共同奋斗！

夏：非常感谢陈院士在百忙中接受采访，祝陈院士研究团队在科学研究和科学仪器创新上再铸辉煌！

链接：

陈洪渊(1937-)，男，浙江三门县人，教授，中国科学院院士(2001年当选)，美国化学会会士(2017年当选)。1961年毕业于南京大学化学系，留校任教。1981～1984年为联邦德国Mainz大学访问学者，其后曾分别获德国DFG、DAAD、VW-Stiftung等基金的资助，多次以访问教授或客座教授进行中短期的合作研究。

现(历)任：南京大学教学委员会副主任、校学术委员会委员、院学术委员会主任、分析科学研究所所长，生命分析化学国家重点实验室学术委员会主任和荣誉主任。兼(历)任：教育部科技委委员、化学化工学部主任，科技委学风建设委员会副主任；全国测试协会副会长；中国质谱学会理事长；中国化学会常务理事、分析化学委员会副主任；江苏省化学化工学会理事长；江苏省质量协会、学会副理事长；《Science in China》《中国科学 化学辑》《高等学校化学学报》《Chem. Res. in Chin. Univ.》四刊副主编；《化学进展》《分析科学》《色谱》等杂志的编委或顾问编委、《实验室研究与探索》高级顾问；《质谱学报》《分析科学学报》主编；北京大学、清华大学、南开大学等兼职教授。历任：中国科学院化学学部常委；国家最高科学技术奖励委委员和评委；国家自然科学奖励委成员和评委；国家自然科学基金委、学部、学科评委；若干国家重点实验室学术委员会主任等。曾任《国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)》电化学委员会国家代表(1991～1994年)。 长期从事电化学分析基础、仿生催化、生物电化学、化学生物学和微全分析系统等领域的研究。主持完成了国家、省部委和国际合作科研项目40多项。迄今已发表论文930余篇, H因子为92；专利30余项；合编著译书6册，百科全书或专著4专章；《21世纪化学丛书》和《10 000个科学难题(化学辑)》主编。曾获：国家自然科学二等奖(2007年)、何梁何利科技进步奖(2006年)、国家自然科学三等奖(1982年)、全国科学大会奖(1978年) 各1项，教育部自然科学一等奖(2001、2006年)2项，国家教委(1998年)与教育部(1999年)科技进步三等奖各1项。2004年评为全国模范教师；2005年评为全国先进工作者，获全国“五一”劳动奖章；2015年获《Nature》杰出导师终身成就奖。

主研方向：仿生催化、生物电化学、化学生物学、纳米和超分子电化学、超微电极与生物分子电子器件、微全分析系统、分析仪器等。