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至林炳承:精准把握色谱学科前沿方向的战略型科学家

2021-11-23 | 服装知识
林炳承:精准把握色谱学科前沿方向的战略型科学家 林炳承:精准掌控色谱学科前沿方向的战略型科学家 时间:2016室内清洁、干燥⑴2⑵1 13:53:00

苟利国家生死以,岂因祸福避趋之。人总是要留1点东西给社会的,对从事科学研究的科学家来讲更是如此。在他们看来,勇于担当,富有为国家和社会需求服务的社会责任感,是1种基本素质。

上世纪70~80年代,由于石油工业的推动,我国对色谱学科的需求旺盛,色谱因此取得了大范围的发展。有这样1位中国科学家,因在色谱研究中的杰出成绩而成为的德国洪堡基金的访问学者。

至林炳承:精准把握色谱学科前沿方向的战略型科学家

上世纪90年代,美国启动了人类基因组计划。作为基因测序的主要技术平台,毛细管电泳应运而生。还是这位科学家,在90年代初这个特定的历史时期,决然回国,在非常艰巨的科研环境中组建毛细管电泳实验室,并用整整10年带领学生亲历它从起步发展到成熟,步步逼近,而他本人也因此成为该领域国际重要学术期刊Electrophoresis杂志的副主编。

世纪之交,在人类基因组计划主体部份完成之际,毛细管电泳作为1种重要平台技术的历史地位已被确立。也就在此时,生命科学的全面突起推动相干社会需求的进1步提升,1种更小的、能够对流体进行更微量、更精准操控的3维平台襁褓当中的微流控芯片正呼之欲出。仍然是这位科学家,凭仗其独到的洞察能力,在常人看来前景远不明朗的朦胧时期果断出手,集中了手头几近全部可调用的气力,倾力推动

这位科学家,就是中国科学院大连化学物理研究所研究员,大连理工大学教授林炳承。林炳承自叙其科研生涯只做了3件事,即起步阶段的色谱,亲力主导的毛细管电泳和微流控芯片。近几10年的科学史证明,当年的毛细管电泳和微流控芯片都可谓是发展前景巨大的潜力股。在百废待兴的2310年前,能够正确判断,扎根去做,并且获得极高的成绩,这本身就是1件难能宝贵的事情。

在谈及这1段历史时,林炳承表示,1个有所成绩的科学家应当具有的基本能力是:看得准,抓得住,做得好。他进1步解释道:在科学发展的关键时刻,1定要能看准新的科学研究方向,看准是引导的基础;看准了以后,要摆脱种种干扰,努力去捉住,允许小的偏离,确保大体不变;等到真正捉住了,更要大胆假定,谨慎求证,宁拙毋巧,宁朴勿华,倾其所有,1丝不苟地把它做好。

两个重大的战略决策

1978年,改革开放早期,为尽快改变科研队伍严重青黄不接的状态,中国科学院招收批研究生,林炳承就是其中的1员。他也是改革开放后中国科学院的批相干的科研院所和生产单位加大开发力度博士。作为1位成擅长转型年代的科学家,林炳承身上带有1种深深的以国家战略和社会需求为导向展开科学研究的时期烙印。

我们在20世纪80年代后期就意想到关于色谱研究的主要工作已做完,因此斟酌布局新的学科研究方向,人类基因组计划的提出,让我看到了毛细管电泳的潜力。90年代初,林炳承带领团队组建毛细管电泳实验室,这也是国内早全面研究毛细管电泳的团队。不同于色谱研究时的参与身份,林炳承在毛细管电泳的研究方面具有的主导地位。在他的带领下,团队在基因分型、手性拆分等方面获得了的成绩。1995年,林炳承所着的《毛细管电泳导论》1书由科学出版社出版。90年代后期,林炳承团队已发展成为当时国际上毛细管电泳领域重要的实验室之1。尔后的10多年中,林炳承在电泳杂志副主编的岗位上对国际毛细管电泳领域的发展做出了重要贡献。

毛细管电泳作为代基因测序的核心平台,对人类基因组计划的终完成起到了决定性的作用,林炳承的毛细管电泳研究团队也因此完成了他们的历史使命。上世纪末到本世纪初,林炳承又1次斟酌为团队肯定新的研究方向,这次,我们抓的是微流控芯片,而历史证明我们又对了。林炳承说:2001年,我招收了两批共12名博士研究生,我只留了1位继续做毛细管电泳,剩下的11位统统都被派油路系统漏油严重去做微流控芯片。

这时候的林炳承已年过半百,但从这近乎破釜沉舟的果断举动来看,对第2次转型,他仍然满怀信心。而后的发展表明,他的团队又因此成为国内早从事微流控芯片研究的课题组之1,并在全部21世纪00年代,1直活跃在国际微流控芯片领域的前沿,进而把这类光辉,延续至今。

芯片实验室的建立

在林炳承科研生涯涉足的3件事中,微流控芯片显得尤其精彩。

微流控芯片,又称芯片实验室,是1种以在微米尺度空间对流体精准操控为主要特点的科学技术,具有将生物、化学等实验室的基本功能微缩到1个几平方厘米芯片上的能力。它把化学和生物等领域中所触及的样品制备、反应、分离,细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到1块很小的芯片上,由微通道构成网络,以可控流体贯穿全部系统,用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。

在国际学术界几近同期起步,缺少可鉴戒先进技术和产业支持的情况下,林炳承带领课题组经太短短几年的努力,就具有了自行设计、制造多种不同材料的芯片和不同检测器的芯片工作站的能力,掌握了化学和生物实验室主要单元操作的芯片化及其集成技术,建立了具有自主知识产权和核心竞争力、富有生物医学特点的微流控芯片系统,并利用于疾病诊断和药物挑选,实现了微流控芯片的功能化,推动了微流控芯片的学科建设。

早在2004年,林炳承团队所承当的两个项目微流控芯片生产工艺与表面修饰技术和系列微流控芯片分析仪的研制就已通过中国科学院组织的专家鉴定。这标志着微流控芯片实验室平台的初步建成,并催发了他们在疾病诊断、物种辨认、药物挑选等方面的功能化研究和单细胞与单份子检测技术研究,真可谓旗开得胜。林炳承团队以较少的投入获得了突出的成绩,赢得了国内外同行的高度赞誉,使中国的微流控芯片研究比较早地处于国际前沿地位。当时,芯片实验室技术开辟者之1、欧洲毕生成绩奖取得者,原英国帝国理工的A.Manz教授曾说:大连化物所的芯片实验室研究发展很快,使人吃惊。美国3院院士,哈佛大学G.Writeside教授更直接致信林炳承教授对大连团队的工作表示赞美。

在尔后的1些年里,林炳承团队发表了大量关于微流控芯片的研究文章。他们在国际上首次提出并实现了利用喷蜡打印制作纸质微流控芯片的新技术,大大缩短了制作时间和本钱,下降了技术门坎。时至本日,喷蜡打印已成为纸质芯片制作的通用技术,有力推动了纸质芯片的发展。仅2008年前后1年多时间里,团队关于细胞水平和模式生物(线虫)水平高通量药物挑选研究及药物代谢研究的工作,就连续3次被本领域重要国际刊物Lab on Chip(《芯片实验室》)作为封面文章刊登,引发国际芯片和药物研究领域的广泛关注。线虫芯片的工作发表后,下载量和援用率长时间居高不下,并很快被英国学会的Chemical Biology(《化学生物学》)作为亮点报导。美国Michigan大学线虫研究学者N.Chronis教授的评论称,这1工作非常使人鼓舞,它极有可能令人们能够准确记录单个线虫在接受药物刺激后行动的瞬间变化,为模式生物高通量药物挑选提供1个重要平台。

随着微流控芯片技术利用范围的不断扩大,团队面临着下1轮主攻方向的定位问题。林炳承及时、敏锐地把细胞研究作为团队微流控芯片研究的主要出口。他在以研究化学物理见长的大连化物所建起了个细胞培养室,招收了个医学背景的博士研究生,并前后在微流控芯片上完成了细胞的系列培养、多种细胞的共培养和3维共培养、兔软骨组织培养,和带有肝微粒体的药物代谢等工作,进而于2010年10月的香山科学会议上正式提出并启动微流控芯片仿生组织-器官的研究,乃至于不失时机地自行研发3D 生物打印机和生物墨水,配合微流控芯片的器官仿生研究。

近期,林炳承团队研发成功了1种使多种细胞及组织在体外共存的类器官多功能微流控芯片,该芯片能同时测定药物的吸收、散布、代谢、消除等药代动力学参数,进行药物的抗肿瘤和肝毒性评价,初步具有了实验用动物的功能,为微流控仿生组织-器官芯片进行药代和药理研究,并部份替换临床前动物实验迈出了重要的1步。目前,林炳承团队正和医科大学的肾科、口腔科、妇产科、胃肠科和肿瘤科的医学专家1起,研究相应的器官芯片,并积极和干细胞研究的专家合作,寻求在芯片上实现成人引诱干细胞定向转化为各种器官细胞,进而展开个体化医治的可行性。2015年,大连化物所基于微流控芯片的单细胞分析研究组成立,开始了在单个细胞层面上展开蛋白质和核酸分析的进程。

至此,林炳承完成了以微流控芯片为基础平台,以细胞为核心对象,覆盖从单细胞分析到全器官仿生的整体布局。对林炳承这样的战略型科学家而言,肯定这样1个带有前瞻性、全局性的主攻方向的重要性,丝绝不亚于当年对毛细管电泳和微流控芯片的选择。

在谈到这些时,林炳承微微有点动情,他说,由于很多政策层面的限制,有1个阶段,我们曾很困难,没有很多资源,不管是人力还是物力,几近是又1次从零开始。我们走到今天这1步很难。

但是他们居然做到了。靠的是甚么?林炳承说:1是前瞻性的学术思想;2是的研究积并显示出相应数据累。固然,还包括很多好心人的真诚帮助。

2011年6月,受大连化物所拜托,林炳承为所里的青年研究人员做了1个题为思想先行的报告,报告联系世界科学史和本身几10年的实践,对前瞻性学术思想在科学研究中的地位、学术思想构成的几种途径、学术思想和个人素质的关系、学术思想的战略层面和战术层面等作了较为详实的说明。在报告的后,他说了这么1段话:学术界总是要有点思想的,好的学术思想1般是独立的,独立的学术思想是1个科学家有别于其它科学家的本质属性,构成独立的学术思想应当被看成是科学家1生重要的寻求。事实上,过去的几10年中,在学术研究的每一个重要关键时刻,林炳承就是凭仗他的敏锐直觉和宽阔视野,不断实践上述基本判断,强化前瞻性学术思想,精准操控本身科学研究方向,带领团队,跨过1个个艰巨险阻,超出自我。思想先行的典型例子是,从1992年到2007年的15年中,林炳承以92的极高成功率申请到包括3项重点基金在内的11项国家自然科学基金,这些指标,至今仍然在大连化物所名列前茅。

林炳承还非常重视研究积累。在中国科学院,他耳闻目睹了老1辈科学家以任务带学科的基本做法。他说:我们要在完成国家任务的同时,及时把得到的丰富的1线材料进行去粗取精,去伪存真,由此及彼,由表及里的改造制作,把特殊抽象为1般,从实验上升到理论,1步步构成自己的学科。在林炳承看来,微流控芯片正在发展成为1门学科。而他自己也努力带领他的团队直接参与微流控芯片学科的建设。明显,只有构成了学科,发展才可能延续。所有的学科都有本身的基础,而基础连同它所支持的学科,都需要的积累。积累是1个进程,进程有可能加快,但永久没法略去。

从2006年到2013年,林炳承团队前后撰写,并由科学出版社出版了《微流控芯片实验室》《图解微流控芯片实验室》和《微纳流控芯片实验室》3部专着。成书进程中,团队从思想、内容到逻辑、文字,对全书的各个方面作了反复的讨论、充实、斟酌和考虑,力求引证梳理兼有,综合分析并重,迹浅意深,言近旨远。特别是,以作者实验室的工作贯穿始终,字里行间渗透着来自线劳作的艰辛。这3部着作,连同团队关于微流控芯片的100多篇学术论文,70余份专利,1批英文专辑和着作等,作为微流控芯片领域极其宝贵的财富积累,对我国及国际微流控芯片事业的发展起到了非常重要的作用。

基于以上这些研究成果,林炳承的团队前后取得2002年辽宁省自然科学奖1等奖,2007年辽宁省科技进步奖1等奖,和2010年国家科学技术进步奖2等奖。

林炳承很早就是英国化学会的会士,很长1段时期,也曾是《芯片实验室》杂志的中国籍编委。在此期间,他曾应邀为该杂志主编了1期题为Focus on China(聚焦中国)的专辑,集中反应了来自大陆、香港和台湾的中国学者在微流控芯片领域的研究进展,产生了重要的国际影响。近期,林炳承被推举为亚太微分离分析系列学术会议(APCE)学术指点委员会主席。

注定要被深度产业化的科学技术

微流控芯片的重要性在于:它是当代极其重要的新兴科学技术平台和国家层面产业转型的潜伏战略领域,是1种注定要被深度产业化的科学技术。

微流控芯片的轮产业化已在体外诊断领域启动,特别是其中的即时诊断,即在病人身旁,或置于家庭、社区、事故灾害现场或资源匮乏地区的被检对象身旁直接展开诊断的技术,也包括正在突起的单细胞分析和第2代、第3代基因测序技术。下1轮产业化将要波及的会是用于超大范围和超高通量的药物和其他材料挑选的液滴芯片技术,和用于个体化医治、制药产业和化装品产业等的组织-器官芯片技术。未来,微流控芯片还有望与半导体电子芯片技术深度对接,精准操控在平面上移动的不计其数计的用作反应器的数字液滴,用于大范围测序中的文库制备。

林炳承深知,他们这1代科学家缺少直接投身产业的客观条件和成功案例,因此,他选择从鼓励、支持和帮助年轻1代着手,以精准医学和精准药学为推手,推动国家在这个重要领域的产业化进程。

2015年12月,林炳承团队和南方科技大学共同主办了深圳-大连微流控芯片及其产业化战略研讨会。 这个定位为小型的会议充分利用深圳在全国创新产业发展中的领军地位和大连作为我国微流控芯片研发核心基地的地域优势,以需求导向、产业、学科交叉和深入讨论为主要特点,就微流控芯片关键技术的研发,微流控芯片在转化医学等方面的利用,和微流控芯片的产业化等问题展开深入讨论。

2016年6月,林炳承应邀在1000余人参加的中国POCT(即时诊断)年会上作了题为微流控芯片:POCT产业突起的科学技术支持的大会报告,紧接着又在上海东方科技论坛上作了题为微流控器官芯片的突起及其产业化前景的会议主旨报告,从不同侧面提示预会的科技人员和创业人士,在人类比以往任什么时候候都更重视本身健康的今天,1定要牢牢捉住微流控芯片这个牵动我国精准医学和精准药学快速发展的牛鼻子。

作为1个战略层面的科学家,林炳承认为,微流控芯片技术有可能会像50年前微电子技术为信息科学的发展引发1场革命1样,在未来相干科学技术及产业的发展中起到极为重要的作用。它极可能成为下1轮产业转型的突破点之1,在相当程度上影响人类经济和社会的发展。

林炳承敏锐地感觉到,随着微流控芯片的产业化进程明显加快,其设计和工程层面的问题被提上日程。鉴戒上世纪7810年代电子芯片发展的经验,芯片产业化的竞争将首先会反应在芯片的设计上,而微流控芯片设计的优劣在很大程度上取决于研究设计人员在微流体力学上的功底。尽快地从力学角度较为系统的向线的研究设计人员介绍微流控芯片中流体运动的特点,寻求力学家和化学家、生物学家和工程学家之间沟通的桥梁,1直被林炳承列为微流控芯片战略推动的重要议题。多年来,林炳承不断在不同场合向不同专业的人士强调这1问题。2016年7月,在国家自然科学基金委和中国科技大学主办的微流体力学讲习班上,林炳承向预会的来自全国各地的380位青年力学教师和研究生介绍微流控芯片产业化进程中的力学需求,鼓励他们为国家的产业转型做出贡献。

林炳承培养的学生中,已有人组建了自己的公司,开始了艰苦的创业历程,比如从事核酸体外诊断的北京百康芯生物和从事食品安全检测的杭州霆科生物科技。林炳承充分体谅他们在创业早期的困难,给他们提出很多建议,为他们提供团队的积累,帮助他们和融资单位沟通,乃至参加他们的产品发布会,尽心尽意地为学生的产业献计献策,脍炙人口他们在产业化道路上的每个进步。

薪火相传的科学精神

林炳承是全国优秀博士论文指点教师,也是很多所海外大学或研究机构的客座教授,现已培养了70余名学生,以博士研究生为主,也有1些硕士研究生和博士后,至今仍有1些学生在读。林炳承认为,微流控芯片是1种典型的多学科交叉的科学技术,而这类交叉又能极大地增进学科的发展,因此他成心识地挑选来自化学、医学、药学、生物学、物理学和工程学等不同专业的学生,使他们在学生时期就得以学会和不同领域的同学、同事相互理解、相互渗透。特别是,斟酌到未来社会的需求,学生中有医学背景的占到了20。现在,这批学生中已有2310位教授、副教授和公司的老总,他们正着各自的微流控芯片研究团队或微流控芯片公司,活跃在全国各地。他们是中国代微流控芯片研究和开发队伍的中坚气力,他们的工作和国内其他团队的工作1起,构筑了中国微流控芯片研究和开发的核心基础。

在林炳承看来,他们是火种。他精心肠庇护这些火种,期盼着有朝1日他们的燎原。他常对学生们说,我们这1代,在非常艰巨的环境下,把队伍带到了国际前沿。你们这1代有了这么好的条件,更应当有责任走到国际前面,参与对全部领域的。他认为,微流控芯片的研究和产业化,是1定会被不断推动的,它对社会发展的影响,才刚刚显现。因此,他期待着有1支宏大的队伍参与这样1种推动,期待着有1批人,而不是1两个,参与。如果这1批者视野开阔,胸怀博大,微流控芯片在整体范围内对社会发展的影响,将指日可待。

现在,我直接联系的有3个团队,1个在大连化物所做单细胞分析,1个在大连理工大学做器官芯片,还有1个在大连医科大学从事肿瘤芯片和外泌体研究。直接这3个团队的是我原来的3位学生,他们从耶鲁等海外名校回来,年富力强,生气蓬勃,我只起到1个学术上建议和工作上调和的作用,努力让这3个团队在内部构成1个合作机制,瞄准精准医学和精准药学这样的目标,承当并完成有1定全局意义的重大课题。林炳承介绍说,除此以外,我们已建立了1个大连化物所微流控芯片校友的年会制度,我希望这3个合作的团队能联合全国各地由我前学生的微流控芯片研究或开发团队,联合我们在医学、药学、材料学等领域的朋友,共同推动我国微流控芯片及其利用的研究和产业化进程。近的1个例子是,11月下旬的校友年约请了全国化学、医学和材料学界的中青年专家在徐州举行2016精准医学、精准药学中的微流控芯片论坛。

每天凌晨7点多,在中国科学院大连化学物理研究所内西侧山坡的林荫小道上,总能看见1位儒雅的长者,提着1个公文包,拾级而上。10多分钟后,林炳承教授打开办公室的门,开始了又1天的工作。