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00020版:人文世界·人物志

看,那些平凡的基础科学研究者

  5月30日,习近平在全国科技创新大会、中国科学院第十八次院士大会和中国工程院第十三次院士大会、中国科学技术协会第九次全国代表大会上强调,科技兴则民族兴,科技强则国家强。在我国发展新的历史起点上,要把科技创新摆在更加重要位置,吹响建设世界科技强国的号角。

  科技强国进程中,绕不开基础科学研究。相对论、量子力学、DNA模型等上世纪的基础研究发现,正改变着我们的生活,推动人类文明的进程。基础研究作为科技创新之基本,其背后离不开“甘坐冷板凳”的基础科学研究工作者。

  芒种未至,江南多雨。5月中下旬的半月间,记者跟随省自然基金委陆续探访了多位受省自然基金资助的基础科研工作者,看他们如何用思维、试验、实践等科学手段探索这个世界的无限可能。

  他们当中,有放下手术刀、拿起实验皿的骨科医生,有与淡水青虾水产品常年为伴的水生生物学女教师,还有研究有机光电材料可能实现手机屏幕无限延伸折叠的理学博士……他们大都出生于上世纪70年代末80年代初,有着几乎近似的求学经历——名校博士毕业,随后供职于非知名高校,在科研条件一般的实验室里承续着读博以来的基础科研梦想。他们的科研之路正通过脚踏实地、一如既往的热爱与坚持,从量的积累向质的飞越迈进。

  他们,仅仅是我省基础科研工作者的“冰山一角”,还有更多的“他们”默默奉献在科研领域。

让肥美河虾“引爆”味蕾

  人物:丁志丽 湖州师范学院生命科学学院副教授

  丁志丽,这位看起来文气又年轻的女教师自1998年大学本科开始,就与动物研究结下了不解之缘。2013年华东师范大学博士一毕业,丁志丽就申请了省自然科学基金项目,目前,她主要从事淡水青虾营养与生理研究。

  对于吃货们来说,聚会时点上一盘盐水河虾或蒜茸蒸河虾,享受其细嫩的肉质,鲜美的味道想必并不陌生,加之河虾高蛋白低脂肪的特性,更是女性朋友的必点佳肴。可吃河虾时,总觉得没有一盆香辣小龙虾来得过瘾。河虾小小的个头,细细的须子,一口吃一个,让人意犹未尽。

  河虾,又称青虾,学名日本沼虾,广泛分布于东南亚和我国江浙一带。研究表明,河虾个头较小的主要原因在于性早熟。而丁志丽研究河虾的目的,就是希望通过调控河虾在不同阶段的营养,来控制河虾性早熟情况,从而在不影响河虾营养成分的基础上,让河虾“胖”起来,使其肉质更为肥美。

  因此,丁志丽从脂肪的“质”和“量”来研究脂肪对青虾的营养生理作用,发现饲料中适当比例的鱼油与大豆油(2∶1)混合是日本沼虾配合饲料的良好脂肪源,同时还发现n-3和n-6多不饱和脂肪酸(PUFA)存在一个适宜的比例,当饲料中n-3/n-6 PUFA比值在0.40~1.10之间时能使日本沼虾保持较好的生长,并抑制雌虾提前抱卵的现象。此外,丁志丽还从分子生物学角度探索脂肪酸营养调控的机理。

  丁志丽告诉记者,河虾的饲养,不像南美白对虾这些品种有专门的营养饲料。因河虾对蛋白质的需求量较高,一般的养殖户都会选择具有较高营养价值的鱼粉作为河虾的主要蛋白质源。然而,鱼粉的价格居高不下,丁志丽就想,能否通过某些可替代的蛋白质源,一方面抑制河虾的性早熟来提高产量;另一方面大幅降低投入成本呢?这也是该团队总负责人叶金云教授申请、丁志丽参与负责实施的另一个有关青虾的课题。

  寻找质优价廉的蛋白质源是水产养殖业的永恒话题。该团队首先将视线聚焦到具有分布广泛、产量稳定、价格低廉等特点的植物性蛋白质源身上。豆粕作为当前使用最为广泛的植物性蛋白质源,具有蛋白质含量高、来源稳定等特点。但豆粕中存在的抗营养因子大大限制了其在饲料中的添加比例,那么如何才能提高豆粕的使用效率,进一步降低成本呢?

  该团队采用发酵、酶解、热处理等技术,同时将发酵酶解豆粕与鱼粉搭配来研究其对河虾生长和免疫状况的影响。在进一步实验中发现,在平衡氨基酸条件下鱼粉和发酵酶解豆粕蛋白最佳适宜配比为1∶1时,更有利于河虾成长和免疫状况,这还同时降低了鱼粉的配比,使得成本下降,河虾品质提高。

  在湖州师范学院浙江省水生生物资源养护与开发技术研究重点实验室,一个个大水箱内正饲养着河虾。不过,从室内玻璃缸养殖试验到与生产实践完全结合,还需要一段漫漫长路。目前,该研究团队还与武义一家青虾养殖场合作,展开关于育种方面的调研与合作。在湖州南浔和孚镇,研究团队租用了一片池塘作为从实验室走向实践的过渡尝试。

  近年来,丁志丽在科研道路上越走越远,主持国家自然基金、省自然科学基金等市厅级以上项目3项,作为主要成员参与多项课题研究,在国内外权威刊物上发表论文20多篇,其中以第一作者发表SCI收录论文4篇。

  作为一名女性科研工作者,丁志丽常年与虾蟹等水生生物为伴,看着它们在玻璃缸内逐渐成长,通过实验确定它们的适宜营养素及其代谢机理,听起来有些枯燥乏味,不过对于丁志丽来讲,既然选择科研,就要勇往直前,她最终的希望是,提高养殖效益,让原汁原味的水产品“引爆”人们的味蕾。

做科学研究要有“三颗心”

  竖条纹衬衫、牛仔裤,脚下蹬一双深蓝色白底运动鞋,肩上背着黑色双肩包,书包旁网兜内还塞着一瓶喝了一半的矿泉水。在绍兴文理学院见到窦卫东时,他走在熙熙攘攘的学生流中,若不是院里分管科研成果的人员引荐,单从外表来看,窦卫东简直就像个读研的在校生。

  事实上,窦卫东从2004年就在绍兴文理学院从事教学和科研工作。十多年一晃而过,在这期间,窦卫东一直在努力攀登科研的一个个山峰,从未放弃提升自己的科研水准,边教学边深造。2009年,窦卫东在取得浙江大学理学博士学位后,又在2009年至2014年间,辗转于绍兴与香港之间,在香港城市大学超金刚石及先进薄膜中心做博士后研究和访问。

  在读博与博士后研究期间,每一次回到绍兴文理学院,窦卫东有种难以言说的差距感。单从实验设备而言,早些年绍兴文理学院压根没有与他的科研密切相关的仪器设备。在这种软硬件条件简陋的科研情况下,窦卫东总是在有一些科研想法后,往返香港城市大学或合作的苏州大学来验证突然袭来的“头脑风暴”。不过,窦卫东相信,他所供职的这所高校尚处于发展期,且科研环境足够宽松,何况他更想在本土有所作为。

  窦卫东目前所研究的有机光电器件领域,涉及物理学、化学、材料学。若对理科知识一窍不通,他所研究的内容在外人看来就是一部“无字天书”。

  有机光电器件是什么?它是由具有光电转化功能的有机材料制成的器件。形象地说,有机光电器件就像是金属上刷上一层有机物质,这种有机物质被称为有机薄膜,在电场的激发下会有发光现象。有机薄膜之所以在电场作用下能产生电流并导致发光,是由于介质中存在能自由迁移的带电“粒子”,学名为载流子。载流子迁移率也就是运动速度是有机光电器件性能的决定因素之一。

  但是,由于有机薄膜内分子排列混乱,这就好比水在水管中流动,水就相当于载流子,水管内壁的水垢就像是排列不均的半导体分子,会让载流子的迁移率也就是水的流速慢一些。窦卫东就想,如果薄膜中分子排列很整齐,里面的带电粒子是不是就少很多阻碍,从而跑得快些,有机光电材料的性能不就提高了吗?于是,窦卫东通过实验对有机薄膜和基底间的界面进行修饰,实现了有机分子的有序排列,改进了载流子的传输速率,从而提高了有机光电材料的性能。

  载流子传输速度改进可产生哪些效果呢?“以我们手机屏幕为例,如果手机显示屏内分子分布均匀、排列规则,显示屏就会跨越现在的平板模式,怎么变形都不会影响发光效果,这样手机屏就有可能实现折叠、随意变形等功能,想想是不是就很炫酷?”窦卫东一边比划一边无不兴奋地说。

  跟许多刚踏入科研领域的研究者一样,窦卫东先前的研究大都“随波逐流”,科技大佬们研究啥他也跟着这个思路去探索,不过总是赶不上别人的步伐,这让年轻气盛的窦卫东曾有过一段沮丧期。不过,他很快静下心来,决定从交叉学科领域来进行科研。

  顺着这个思路,窦卫东开始研究有机薄膜调控的相关实验,并在一个偶然失败的实验过程中发现石墨烯对有机薄膜的调控起作用,并第一时间通过论文阐明了其内在的物理机制,为基于石墨烯电极的有机半导体器件的优化提供了理论和技术支持,实为创新之举。

  令窦卫东感到欣慰的是,随着他的研究越来越深入,绍兴文理学院相应的科研设备也在不断完善。在综合实验楼C楼,由教室改成的实验室内先后花费数百万元购置了超高真空多功能薄膜沉积系统、CVD化学气相沉积系统、高分辨拉曼光谱仪、原子力显微镜、半导体输运性能测试系统等设备,满足了他的日常科研。

  在实验室里,窦卫东的一名研究生学生告诉记者,窦老师在开小组讨论会时常常讲到,做研究要有“三颗心”——恒心,耐心和细心,即做学术要有恒心、带学生要有耐心、做实验做事情要细心。有了这三颗心,才是做研究做学问的根本。

将骨关节炎

扼杀在摇篮里

  人物:李恒 湖州师范学院附属第一医院骨科副主任医师 金乐平摄

  连李恒自己都数不清,从医7年多来做过多少台骨科手术了。穿上白大褂,他是资深的骨科医生,能将手术做成“艺术”,减轻骨关节患者的疼痛。放下手术刀,走进医院的公共实验室,李恒就像回到10年前在同济医学院读博的日子,拿起实验皿研究骨关节治疗的一切可能。不管是穿上白大褂还是走进实验室,李恒考虑的问题只有一个——如何将骨关节炎扼杀在萌芽中。

  在湖州师范学院附属第一医院骨科病房内,李恒接触最多的就是骨关节炎患者,连续的疼痛、僵硬、红肿等病症困扰着骨关节炎患者的日常生活。李恒告诉记者,骨关节炎是由多种因素引起的关节软骨纤维化、皲裂、溃疡、脱失而导致的关节疾病,它可以发生在人体的任何关节,尤以膝关节最为常见。数据表明,我国的骨关节炎患者超过人口总数的10%,多达1亿以上,且发病率随年龄增加而增高,可以毫不夸张地说,骨关节炎已经成为成人肢体残疾的第二大“杀手”。

  李恒说,目前骨关节炎诊断方法是以临床体征结合影像学检查为基础。事实上,骨关节炎患者在疾病发生的早期就已经出现关节软骨的病变,但是此时透过X光影像则表现为正常。而一旦患者关节出现X光影像改变时,关节软骨的组织结构已经发生不可逆转的破坏,此时临床医生也就错过了早期治疗的最佳时机,只能通过手术、药物来缓解或减轻骨关节疼痛。且一旦确诊,骨关节炎将会像“幽灵”一样伴随患者漫长的人生。

  李恒在博士期间就设想,能否在骨关节还没有出现X光影像学改变时就进行诊断干预,将骨关节炎扼杀在摇篮期。从博士到如今,李恒一直致力于寻找某种简单快捷的方式在骨关节炎亚临床阶段,也就是发病初期就能诊断病情,让潜在骨关节炎患者及时治疗,以遏制并根除骨性关节炎疾病。

  白天工作8小时甚至更长,李恒的科研时间只能晚上“挤”出来。白天临床诊断、做多台手术,夜间在实验条件有限的实验室内测试验证,长期临床实践与科研实验让李恒有了新突破。他发现,有早期骨关节炎症状的患者,其软骨、关节滑液中某些种类的microRNA(一种遗传信息载体,在细胞内具有多种重要的调节作用)的表达量发生了改变,其中有5至6种左右的microRNA对早期骨关节炎的发生和发展可能有重要影响。

  “这是一个全新的研究领域”,李恒说,未来对早期骨关节炎的诊治或可通过药物来降低microRNA的含量来解决。而如何运用有效、廉价和微创的检查手段尽早地在有临床症状而未出现影像学改变的人群中筛选出属于骨关节炎的高危人群?李恒再次陷入了一种猜测和设想。

  能否通过一个简单的血液化验指标来筛选骨关节炎高危人群呢?顺着这个方向,李恒尝试通过实验来验证microRNA分子数量的变化与血清COMP(软骨寡聚基质蛋白)之间是否存在关联性。“如果确认有关联,未来有可能实现但凡骨关节略感不适,去医院验血化验就能提早确诊病情,那时候,困扰多数人的骨关节炎疾病将会大幅度降低。”李恒无不兴奋地说。

  在李恒的生命里,科研逐渐变成一种习惯,融进血脉,让他始终保持着一种对未知领域的好奇与解决未知领域的冲动。下班后挤出来的科研时间,占用了李恒大量的生活空间,从实验室回到家很多时候就已大半夜了。在他背后,离不开一位与他志同道合的妻子。用科研伉俪形容李恒夫妇一点也不为过,从本科到博士,两人都是同学,一起在科研领域携手多年、相互扶持。

  经过自己多年的努力和家人的鼓励支持,李恒被评选为2015年度浙江省医坛新秀,并获得省自然基金项目资助1项。作为主要参与者开展了2项省部级项目研究工作,发表多篇骨关节方面的论文,其中3篇被国际高影响力的SCI杂志刊出。

  当记者问到李恒在研究的这个项目何时能够落地时,他说,或许是5年,也许是10年,或许是一辈子的科研追求。的确,在科研领域的偶然性与必然性之间,唯有坚守才会有意想不到的惊喜。


浙江日报 人文世界·人物志 00020 看,那些平凡的基础科学研究者 2016-06-03 1595376 2 2016年06月03日 星期五