·校长·名人访谈·

编者按： 当前，高校实验室如何进一步发展与建设是大家关注的问题，在2019年春季中国高等教育博览会第二届高校实验室建设与发展论坛上有两位院士结合实验室仪器创新问题做了专题学术报告，他们是北京大学程和平院士和南京大学陈洪渊院士。本刊名誉主编夏有为教授对他们进行了网络采访，程院士的访谈已经在本刊发表。现将对陈洪渊院士的访谈，整理发表，以飨读者。

科学仪器是科技进步之利器(二)
——访中国科学院院士南京大学陈洪渊教授

夏 有 为

(《实验室研究与探索》编辑部， 上海 200030)

摘 要 ：受访者首先谈到科学仪器的重要作用，指出科学仪器是原始性科研创新的利器。提出我国发展原创性科学仪器研究的迫切性和建议。接着结合仪器研究论述了创新的内涵及途径。最后介绍了陈院士承担的重大科学仪器研制专项 “单细胞时空分辨分子动态分析系统”的科学意义及创造性的成果。

关键词 ：科学仪器； 分析化学； 单细胞分析； 生命科学； 脑科学； 科学技术； 创新

3 更新理念促进原始性创新

夏： 您讲到科学仪器上的创新是实现原始创新的捷径，在实践中应如何来体现创新？

假设U=[uh1,…,uhi,…,uhn,ul1,…,ulj,…,ulm]分别表示各高低压绕组单元的节点电压,总共有m+n个节点,即高低压绕组单元共有n+m-2个,则阻抗支路电流共有n+m-2个,即I=[ih1,…,ihi,…,ihn-1,ul1,…,ilj,…,ilm-1],电流的正方向规定为流出其关联节点的方向。串联阻抗支路(串联电阻和电感支路)的各支路间通过阻抗支路电流相连,则串联阻抗支路Z和并联导纳支路Y可分别表示为

陈： 对于创新，我觉得总体上要瞄准目标，基础研究要顶天，开发应用要立地；改变以往孤立的“点状”目标，形成整体性创新“链条”，把各自分割状态的“点”变成相互协作和合作联系的“创新链”。这样有利于整体创新，有利于创新推动科学和技术的发展。国家重视，制定政策，给科学仪器发展提供了创新的条件。但我们对创新还必须有正确的理念和认识。

近几年，各类图书馆的阅读推广活动开展得如火如荼，阅读推广的平台也越来越丰富，如：基于微信公众平台的阅读推广、基于移动终端的阅读推广，基于社会化媒体的图书馆阅读推广等。显然，现代的社会媒介是阅读推广活动重要平台和手段，但是纵观国内各类型的图书馆，在阅读推广网络平台的建设方面仍然比较薄弱。据调查研究，全国39所985高校图书馆网站中设置阅读推广平台仅有21所，占总量的53.8%[1]。图书馆的网站是展示图书馆信息资源的重要平台，也是读者了解一所图书馆的资源建设、服务手段以及活动的重要的途径。借助图书馆的网站加强阅读推广平台的建设无疑是非常有效的阅读推广方式之一。

3.1 思想观念

20世纪，观测归纳。实验技术飞速发展，能够观测现象归纳规律。

(1) 不可偏废。在我国科学界有时也会出现一种重科学轻技术的现象。科学与技术本是一对孪生兄弟, 密不可分。固然这二者各有侧重, 但两者互相依存, 互为因果。对技术不可偏废。

陈： 单细胞分析是生命科学向微观探索的一个重要标志，对探究生命过程的本质与重大疾病起源均有重大意义。2012年，Science将单细胞相关研究列为2013年六大重点科学研究之首。2013年，Science展望单细胞为21世纪生命科学研究的主要趋势和突破口。在其Single Cell Biology专刊上对生命科学研究发展归纳为：

网架出现事故后，对于损坏较严重的需拆除重建，对局部损坏的的网架结构则进行加固即可，对网架加固一般采取杆件加固和节点加固的方式。网架杆件及节点的加固考虑杆件拉压受力，采用不同的加固措施，主要有以下几种。

(3) 正确思维。建立正确的思维方法十分重要。既要有正确的逻辑思维，又要有直觉思维，还要有逆向思维。这是穷究科学真理、实现发明创造的钥匙。

锅炉是化工、冶金、发电等工业生产中必不可少的工业动力设备。锅炉的建模和控制一直是锅炉汽包水位系统的研究重点，而汽包水位是锅炉安全和稳定运行的重要指标，保证水位在给定范围内，对于提高蒸汽品质、减少设备损耗、降低运行成本以及确保整个系统安全稳定具有重要意义。

(4) 重在积累。创新既不凭空想象也不靠运气, 而必然孕育于积累, 而后才能产生灵感和跃进，是“十年磨一剑” 的结果, 甚至要花毕生的精力。

3.2 创新理念

其次，要认识到创新作为学科建设的内涵和支撑，必须树立“ 以人为本、兼收并蓄、服务为先”的创新理念。

(1) 以人为本。就是要: 尊重人才、爱惜人才; 支持科学家进行好奇心驱动下和情有独钟的研究, 以寻求新发现; 鼓励探索, 宽容失败; 弘扬科学精神, 提倡学术争鸣, 广开言路, 保护不同意见; 构建创新环境和营造创新文化；提倡团结、协作的团队精神。

与北三县跨界的点、线、面全覆盖的多功能生态绿色安全格局；以通州与北三县两河之间大尺度绿色空间为核心，以河流水系为依托形成蓝绿交织的网络化格局，构建森林40%、水面10%、农田25%、城乡25%的生态网络。同时，围绕以农田为基质、以森林湿地为重要斑块、以“三河五路”为骨架的生态格局，减少依托河流水系、道路绿地和农田林网建设的自然型生态廊道。

(2) 服务为先。就是把解决问题放在第一位, 即使是搞基础研究, 同样也要增强为社会服务的意识; 对于原始性创新, 也不能游离于国民经济发展的进程之外, 应紧紧围绕现代化建设的需要开展科技攻关, 积极将自己的科技成果移植到新的领域, 或转化为现实生产力, 为经济建设服务。

(3) 紧跟时代。21 世纪的生命科学、环境科学、材料科学和能源科学等领域迫切地要求分析化学发展各种新的测量和表征手段以解决其疑难问题。尤其是作为本世纪科学发展的中心和主导科学的生命科学, 基于其研究体系的复杂性, 使分析化学面临巨大的挑战。创新应紧跟时代的发展。

(4) 学科交叉。当前分析化学与生命科学等领域的专家密切合作, 进行学科的交叉, 增强 “介人” 的观念, 冲破禁锢和 “传统” 的束缚, 解放思想, 更有利于我们跻身去争取承担国家的任务和交叉到其他学科领域去充当参与者的角色, 进一步拓宽创新的道路, 扩大创新的视野。

另一种做法是依照作者最新的国籍进行分类，主要针对因国家解体而使国籍发生变化的作家，比如苏联作家。其观点是这些作家一般在国家解体前后都有文学作品发表，若严格按照《中图法》的分类规则，就需要在标引过程中首先准确判断出每部作品发表的时间，但这在分类标引实践中有一定的难度。有些作品发表的时间不易确定，并且文献信息源上出现的通常是外国责任者最新国籍的相关信息。如果对作家本身或者解体国家的情况不够了解，编目员也很容易按照信息源上的国别进行归类，且直接按照现在的国籍进行处理，编目人员更好掌握。

4 积极参加国家重大科研仪器设备研制专项

4.1 提高使命感，潜心仪器创新

夏： 当前应如何进行科研仪器设备的创新？

陈： 分析仪器水平的提高受制因素很多，可谓积重难返，根本问题的解决带有综合性和全局性。但无论如何, 从战略高度应鼓励更多的分析化学家与相关领域专家携手积极从事、参与分析仪器的研制和开发。

国家自然科学基金委和科技部面向科学前沿和国家需求，以科学目标为导向，鼓励和培育具有原创性思想的探索性科研仪器研制，着力支持原创性重大科研仪器设备的研制，为科学研究提供更新颖的手段和工具，这将会全面提升我国的原始创新能力。

夏： 你们承担了国家重大科研仪器设备研制专项，这个项目有何重要意义？项目关键是什么？请给我们做些介绍。

多数分析化学家还仍然只习惯潜心于用现有的仪器设备去寻求新的分离、试测方法以解决面临的问题, 还不善于把许多创新成果用来创造出新型的测试工具, 以发挥更大的作用，因此我们要提高使命感，为科学仪器创新出力。

而作为分析化学家应牢记自己的使命。我们需要时刻记住二个“ 转化”的使命: 第一是把科学技术的新成就包括一切创新的理念转化为定型的分析测试方法; 第二是把分析方法转化为仪器装置。

陈： 好的。分析化学是科学技术的眼睛，是认识事物进而解决问题的工具，是人们获得物质组成、结构和物质变化过程中时空演变信息的一门科学。在现代科学技术中，伴随着学科交叉，分析化学与物理学、生命科学、材料科学、环境科学等学科的关系越来越密切。包括分析化学在内的测量科学，是衡量科技发展和国力强弱的重要标志之一。能源、材料、生命、环境和信息等领域的前沿与关键问题都需要这个工具来解决。分析化学发展到今天，它的研究对象也发生了极大变化，早已经从一般材料的组成和含量、超纯物质的痕量杂质分析，到生命体系中生物小分子、大分子等的成分分析，再到如今的单细胞中单分子、生物大分子及其相互作用的高时空分辨的分析，和活体中的单细胞分析。细胞就像一个小宇宙，每时每刻每处都在发生不停的变化之中，每一微小时间和每一微小空间间隔的生命过程都在发生变化，它是怎么发生的、有什么不同？对健康与疾病-药物治疗有何关系？等等。所以，活细胞和活体的生命分析科学要求时空分辨、信号转导等的研究，所有这些都关联着生物分子一系列的相互作用与结构变化过程，这个过程就更加复杂了。

2014年开始我们承担了一项总经费6 400万元国家自然科学基金委(部委推荐)重大科学仪器研制专项“单细胞时空分辨分子动态分析系统”，就在做这样的探索。正如世界上没有两片完全相同的树叶，世界上也没有两个完全相同的细胞。单个细胞里发生着什么样的反应，药物分子如何钻进去与细胞中物质起作用？反应产物怎么出来？它们之间有什么差异？等等。这对于我们研究生命过程的本质与重大疾病起源均有重大意义。例如对我们了解癌症等疾病的致病机理，为实现精准个体化治疗提供有价值的信息。而诸如人类意识和记忆的形成、生命的起源等基础科学问题，也都离不开单细胞分析。单细胞分析并不是只做一个细胞，有时要做大量的单个细胞结果的统计平均，才有生物学意义。目前，我们正在为生命科学与疾病诊断的基础与应用研究提供有力的方法与技术支撑。

我们南京大学科研团队合作单位有清华大学、东南大学和中国医学科学院药物所。在项目执行过程中，大家非常重视原始创新，要求能溯源物质性质(简称“物性”)，从源头上设计各个实验方案(图5)。在这一指导原则的指引下，项目组近百位师生开展了具有高度原创性的科学研究，可见难度之大。

图5 陈洪渊院士给团队讲解仪器总体设计

4.2 进行单细胞分析，探索微观生命科学

“你是想到山上找龙洞吧?传说龙洞里藏了很多宝物，是长毛藏进去的，很多人找过，把命丢了还是没找到……这山上有个大碉堡，我年轻时常爬进去，在碉堡里能看见进村和出村的路口，看见村西的大田畈和杨梅溪……”

(2) 敬业执着。对于科学家尤其是分析化学家更需要敬业、执著, 冲破禁锢, 解放思想,自强不息, 大胆创新。“ 创新”从某种意义上说是长期潜心、执着研究的积累在特定情况下的闪光, 掀翻束缚而在目标方向上的突破, 使科学和技术有了跳跃式的前进。既要有严谨细致、务实的工作作风，还要培养对新鲜事物的好奇心、自由畅想和坚韧不拔的意志，这些都是创新不可或缺的条件。

19世纪，描述推测。由于受限于工具，只能描述现象，推测机理。

稻壳中微生物检测采用平板菌落计数法，即将样品经一系列梯度稀释后与培养基混合制成平板，经过培养进行菌落计数。

首先，从思想观念上对创新要有正确认识：

21世纪，精确诠释。要求在分子水平精确解析生命过程的化学本质。

我国著名细胞生物学家陈宜张院士等科学家在科研前沿论坛(2012)上呼吁，急需解决细胞生物学中的重大问题，归纳起来主要有：

(1) 生物分子的单分子特性；

夏： 这个项目的科学价值和难点是什么？

(2) 细胞内生物分子的定位、定性与定量；

(3) 细胞内生物分子的相互作用动力学；

(4) 特异分子标记物。

无论是认识生命还是改善生命质量首先要了解生物化学的基础，把生命理解成化学，所有的生命体都有一个共同的语言，这个语言就是化学，我们要用单细胞来研究。细胞生理过程涉及多种生物分子(一般至少10种以上)在细胞局部空间的协同作用。因此要求分析仪器能够以纳米尺度和毫秒(微秒)级的时间分辨，对多种生物分子同时检测，阐明这些分子时空分布与细胞功能之间的关系。一个细胞里的生物分子平均浓度和局部浓度有很大差异，因此时空分辨十分重要。

为了有助于更好认识细胞功能及生命过程的物化本质，分析仪器还需要能测量细胞本身的物化特性，包括细胞内部的温度、压力、pH值、环境粘度等。

(1) 细胞内部的温度及其热传递(图6)：从生命角度看，合适的温度是生命维持的保证；从化学角度看，温度是影响化学反应动力学的重要物理量；因此要检测细胞内部的温度分布是不是均匀的？细胞不同位置的传热特性有无区别？

图6 细胞内部的温度及热传递示意图

(2) 细胞内部的压力(图7)。压力是影响细胞形态及细胞功能的重要物理量，细胞在需要合适的渗透压下维持其功能。细胞内部的压力与细胞的健康状态紧密相关。如何测量细胞内部的压力？

图7 细胞内部的压力示意图

(3) 细胞内部的pH值(图8)。细胞内一些酶(如水解酶等)需要在特定的pH值下发挥活性，细胞内的pH值分布不是均匀的，如溶酶体内是酸性的。因此，精确测量细胞内部的pH值非常重要。

(4) 细胞内的环境黏度(图9)。细胞内部的分子是非常拥挤的，细胞质内是由多种分子混合成的“泥浆”，这个“泥浆”的黏度对于维持细胞活性也很重要，这个粘度是多少？如何测量？都是我们要分析的。

首先，强调马克思主义关注“民族大众”问题。正如马里亚特吉所言:“我们确实不想在美洲照搬照抄马克思主义，它应该是一种英雄的创造性事业。我们必须用自己的现实和自己的语言创造出印第安美洲的社会主义。”[11]马克思主义本土化实践路径的选择使得拉美马克思主义一开始就具有一种反帝国主义的、文化关切的、拒斥欧洲中心主义的特征。拉美马克思主义者相信，任何地域性的实践经验不能被普遍化为整个大陆的仿效范式，但是本土化的经验会丰富马克思主义的时代性内容，对其他地区和民族接受马克思主义产生良好的示范性影响。

图8 细胞内部的pH值示意图

图9 细胞内的环境黏度示意图

从化学视野看，生命过程是多层次的、多元的、复杂的化学反应过程的综合体现。包括：电荷传递、能量转移、物质交换与迁移、价键变化、构象改变、分子相互作用等等。

对细胞内这些过程的精准测量，有助于更深理解生命的化学本质；揭示异常生命现象发生的内秉根源。迄今，我们对生命过程化学本质的认识还很有限。

人类面临的最大危机与挑战是什么？这是关心和思考社会发展与人类命运的有识之士乐于回答、也必须回答的问题。可以说，以看护人类为己任的思想家、学术大师、专家学者、哲人智者们往往都会展望未来、探究人类面临的危机与挑战。看护人类、为世界体检看病，首先关注的当然是最严重的病患。谁能够最先、最深刻、最准确地发现人类面临的最大的困境、危机与挑战，谁就揭示了关乎人类命运的头等重要的奥秘。这既是最具现实意义的探索，也形成了争相探究最大危机真相的高端智力竞赛。

要解开这些未知之谜，亟需发展新型的单细胞时空分辨分析仪器。

首先，全面预算管理有助于铁路运输企业全面预算管理的实施。在铁路运输企业的全面预算管理方面，通过全面预算，可以按照企业的长远规划、战略发展实际需要，以预算的形式进行细化分解，按照战略发展需要来高质高效的配置内部资源，确保企业内部各项业务活动朝着有利于战略目标实现的方向发展。

Scientific Instruments are the Powerful Tool of Scientific and Technological Progress (2 )

XIA Youwei

(Editorial Department of Laboratory Research and Exploration, Shanghai 200030, China)

Abstract ： Interviewee first talked about the important role of scientific instruments, pointing out that the scientific instruments is a powerful tool for original scientific research and innovation. The urgency and suggestions for the development of original scientific instrument research in China are put forward. Then, the connotation and ways of innovation are discussed in combination with instrument research. Finally, the scientific significance and creative achievements of the major scientific instrument development project "Single Cell Spatio-temporal Resolution Molecular Dynamic Analysis System" undertaken by Academician Chen are introduced.

Key words ： scientific instruments; analytical chemistry; single cell analysis; life science; brain science; science and technology; innovation

陈洪渊院士

中图分类号： G 642

文献标志码： A

文章编号： 1006-7167(2019)09-0001-04

收稿日期： 2019-04-28

作者简介： 夏有为(1933-)，男，江苏徐州人，教授，名誉主编，长期从事高等学校工程力学教学、科研和实验室工作，曾任实验室主任、实验室处处长，享受国务院政府特殊津贴，曾获国家级科技进步二等奖，主编出版著作8部，国内外发表论文100余篇。

(未完待续)

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