【特别报道】全国科技工作者日：看中南人如何孵化科研力

百草丛中，寻获天然妙药；卫星图上，研究地物变迁；纳微之间，捕捉量子跃动；茫茫人海，思索控疾妙计；科研的模样千千万万，科研的精神相承相通。科研人的追求、热情、智慧、能力，正是众多科研成果生长孕育的根基。5月30日是第五个“全国科技工作者日”，让我们走近中南科研人，看看他们是如何在日常工作中孵化自己的“科研力”。

发现：以一点一滴来改变世界

走进生命科学学院罗志勇教授的实验室，长长的实验台上井然地摆放着许许多多试剂瓶、各式仪器和研究的对象植物盆栽。打开培养箱，成排的植物在有着恒定温度和湿度的环境里青翠欲滴。旁边一台震荡培养箱中则盛放着许多瓶瓶罐罐，里面的培养液里浸泡着植物的干细胞。为了让植物细胞扩散生长，震荡培养箱内以恒定的速度不断地摇晃着，有着药用植物之王、令人“长生不老＂美誉的人参，其种子细胞（干细胞）将在“摇篮”里通过奇妙“荷尔蒙”的诱导发育成植株和毛根器官。

罗志勇教授（前排左五）与学生们

“煤炭和石油是远古植物遗骸，建筑用到了木材，人的食物诸如水稻、小麦、玉米和丰富多彩的蔬菜，纺织品使用的棉花……植物与我们的生活息息相关，同样地，许多药物源自植物的馈赠，可以说，我们所做的研究就是从大自然里找灵感。”罗志勇带领团队长期聚焦“肿瘤新药发现与天然药物生物合成”研究，自然界的植物和细菌是他寻找和发现新药的源头。“很多药物取材于大自然里的植物和细菌制造的小分子代谢物宝库，植物和细菌为了克服不利生存环境所产生或分泌的一些成分，恰好可以为人类健康所用，这是一个很有趣的发现。”

作为治病救人的药物就是必须确保其有效性及对人体的安全性。“土壤刺糖多孢菌原本被用来生产生物农药，它分泌的多杀菌素对人体毒性低，安全性高，我们正是瞄上了它的这一特性。”从肿瘤细胞抗癌活性初筛到动物肿瘤模型抑瘤实验，再到发现并鉴定药物作用的靶蛋白，通过大量的实验并不断探索确证了七年。今年4月，Nature Communications在线发表了罗志勇研究团队发现天然产物多杀菌素A及衍生物为ASS1激活剂和肿瘤抑制剂的研究成果，属于新结构、新靶点和新机制原创抗肿瘤新药发现，该研究为ASS1低表达的肿瘤特别是缺乏治疗靶点的三阴性乳腺癌提供了新的候选药物和新的治疗策略。

“当前全球抗癌药物的研发主要是基于促癌蛋白抑制剂，而对抑癌蛋白激活剂的研究成果鲜有出现。”如果把肿瘤细胞比作人体内部出现的叛军，主流的抑制剂药物的任务就是歼灭叛军癌细胞，但也会伤及到“友军”人体正常细胞，激活剂则是对“叛军”进行思想教育，唤起其原本的“良心”，让肿瘤细胞纷纷“谢罪自杀”（细胞凋亡）。这与东方哲学一中医“扶正劫邪”思想一脉相通。

“面向人民健康的重大需求，探索并发现安全、有效的抗肿瘤药物；同时实现稀有天然活性药物的合成生物学制造，不再向大自然过度索取。就是我们做科研的价值与初心所在。”罗志勇说道。

充电：做永远的科研“新”人

台风将要来临，它带来的暴雨会引发哪里的山洪或泥石流？森林里树木的种类和农田里农作物的长势如何？工地上的施工材料按规定堆放了吗？对于入选第二届全球前沿科技青年科学家的地信院陈杰副教授而言，地面上的一切，都逃不过遥感技术的“法眼”。

陈杰介绍，大数据带来的变革正发生于遥感测绘领域。“全球超过600颗的对地观测卫星，每天要产生4TB以上的遥感数据。”数据的丰富使得测绘技术不再局限于画好一张纸质地图，而是通过构建一些数据驱动的算法模型去发现蕴含在大数据中的地学知识。为此，他和他的团队常常需要干着“码农”的活：编程、开发设计算法、在实验室的高性能计算机上运行测试。他们研发的算法模型不仅能展示研究区域的地理状态及其变化，还具备自我博弈机制、注意力机制、迁移学习机制和伪变化辨识机制等人工智能属性，可谓做到了动起来、活起来。

产品不断“加料”的同时，研发者也在不断“充电”。“挑战和挫败经常会有，因为不断有新理论、新方法被提出来，那原来用的方法可能就过时了。我需要不断啃数学、计算机、遥感领域的新技术，才能跟得上本专业的技术前沿。”借书买书、向前辈求教、听学术报告、浏览行业前沿资讯，只要是扩充知识储备的机会，陈杰总能从中尝到如饴的味道。

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。感觉人类存在的意义就是探索未知。”陈杰的书柜里三类书最多：数学类、计算机类及经典名著。在科研之余，陈杰尤其喜欢品读先秦时期的古籍，每每遇到困难与压力，他总能在先贤的智慧中找到前行的动力。

“科学的东西也可以是艺术的，科研也是一种创作。”陈杰在科研中常常发现数学的美感和创造的乐趣，他以一个孪生模型举例：“这个设计就像一个老虎钳，两个子模型互相牵制，向共同的目标‘发力’，彼此优化，具有一种对称的美感。”

跨界：多学科知识助力科研攻关

在厚约10纳米、长约20微米的二维层状材料薄片上蒸镀电极，制备成霍尔器件，这样的微纳器件在超低温、强磁场的极端条件下，辅以栅压调控，其磁电阻和霍尔电阻呈现出量子化的鬼魅舞步，这就是物理与电子学院副教授夏庆林、特聘副教授钟绵增与合作者们近期研究的二维少层黑砷材料中的新奇量子霍尔态。

走进夏庆林的办公室，一眼就能看到墙上贴着一张元素周期表，“黑砷和黑磷的结构相似，但黑砷中的自旋-轨道耦合效应要比黑磷强，”夏庆林指着元素周期表告诉记者，“但目前在实验室制备纯的黑砷十分困难。”

2014年，复旦大学张远波组发表了黑磷场效应晶体管的研究成果，这激发了科研人员研究第Ⅴ主族元素二维层状材料的热情。“我们也敏锐地意识到这可能是一类新的材料体系，”通过文献调研，夏庆林后来在一篇矿物学杂志的文章中发现了一种矿石中的黑砷晶体，“它具有窄的直接带隙、较高的迁移率，可能是理想的实验材料。”

“黑砷晶体是典型的层间范德瓦尔斯结构，用特殊材质的胶带对其进行机械剥离，使其厚度可达约10纳米，然后选取合适的样品转移到衬底上，蒸镀电极，制备成霍尔器件，再在强场、低温下进行磁电输运测量。”这一实验涉及矿物、材料、化学、物理等多学科的知识。“通常一个星期可能只有一个真正能用的器件。”在夏庆林看来，能否剥离出合适的样品、制备出合格的器件，靠的不仅仅是运气，更重要的是研究者的熟练程度，还有其对科研的耐心和热情。

夏庆林曾在美国加州大学Berkeley分校材料科学与工程系做访问研究，加州大学各实验室之间无壁垒合作的自由氛围给他留下了深刻印象，“只有充分利用优势资源、互通有无，才能把事情做得更好。”回国后，夏庆林有幸与浙江大学物理系郑毅研究员课题组、许祝安教授课题组等展开合作，首次在黑砷二维电子态中发现了外电场连续、可逆调控的强自旋轨道耦合效应，并发现新奇量子霍尔态。今年5月，该项研究成果被Nature杂志在线发表。

基础研究的成果并不具备清晰的、立竿见影的应用价值，但却能为整个科技事业的发展奠基铺路。“很多新奇量子效应的研究需要接近绝对零度的低温、极强的外磁场，光是实现这样的条件就很难了，更不要说应用了。但只要不断研究下去，人类关于量子规律的认知就会不断加深，应用条件也会不再苛刻。”

兴趣：在“过关斩将”中“升级”

在HIV新增感染者中，MSM人群所占比例逐年增长，该人群HIV负担严重，HIV检测情况也堪忧。据估计，中国HIV感染人群中仅有68%的人知晓自己的HIV感染状况；MSM人群中，约50%的人从未做过HIV检测，而HIV检测是HIV防控的首要且关键的一步。因此，湘雅护理学院2019级在读博士张慈从硕士阶段起就跟随导师一起做HIV预防方面的研究，专注于探索有效的HIV防控措施。

在刚开始做科研时，张慈对自己所做的研究有过困惑：我所做的研究的价值在哪里？有一次，‍张慈遇到一个比较恐艾的研究对象，‍他有疑似高危的暴露，非常担心自己被‍感染，张慈通过反复向他讲解相关知识来安抚他的情绪。“‍感谢你及时给我科普医学知识，特别感谢你在我最恐慌的时候给了我陪伴。”这是研究对象在感恩节时给张慈发的信息，这件事让她真切地感到自己的研究和付出是有意义的。

在探索的过程中，张慈总能发现新问题，并给出独特的创意来解决问题。

艾滋病患者需要定时服药，但这个人群的服药依从性并不好。很多人因为HIV/AIDS相关的羞耻和歧视，害怕别人看到自己吃抗病毒药物，而不敢在非私密场合吃药，因此错过吃药时间；有些人则因为工作忙而忘记吃药。为解决这个问题，张慈申请了实用新型专利“一种闹钟式便携药盒”，“我设计的药盒外形为闹钟形式，既可以提醒患者按时吃药，还具有隐匿性，从而提高病人的服药依从性。”

HIV自检，是人们将HIV检测试剂带回家自己进行检测，针对血液自检试剂，针头回收就成了一个需要关注的问题，“检测完的采血针可能带有HIV病毒，是医疗垃圾，自检者自己无法处理，我们的项目中是志愿者上门回收，但如果国家想大范围推广HIV自检，使用过的采血针如何处理，就变成了一个亟需解决的问题。”基于这个问题，张慈所在团队发明一种采血后可进行自动消毒的针头，既安全又可行。此外，在导师的指导下，张慈还严谨地设计了社区随机对照实验，证实了提供自我检测试剂可以有效提高该人群的检测频率，扩大了HIV检测覆盖率；她与导师还一起创新性地提出了采用隐喻故事干预方案来重塑该人群对安全性行为的认知，从而控制艾滋病在该人群的流行……

“对我来说，做科研是一个充满乐趣的过程。如果我对一个问题很感兴趣，我就愿意全身心投入其中，想办法解决它。”兴趣驱动下的一个个创新成果使张慈得以入选2020年度未来女科学家计划。

对科技工作者而言，“发现”是科学研究的最终目标，“充电”是为了及时更新自己的知识储备，“跨界”是科研突破的关键，“兴趣”是不懈探索的动力源。科技创新不是遥不可及的梦，而是坚持向前行进就能抵达的下一个驿站，是努力向上攀登就能占领的下一个高地。只有用不断更新的知识、敏锐的判断力、持久的热情和耐心孵化科研力，才能释放展翅高飞的科技魅力，使高新科技翱翔于大地上空，惠及全国乃至全世界人民。

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