第五百零一章 生物学大杀器
“师父，早上好，好久没见到你了，你终于有空来学校了！” 上午，庞学林刚来到办公室，艾艾便蹦蹦跳跳地闯了进来。 庞学林笑道：“怎么了，哥德巴赫猜想有什么进展了吗？” 一说到哥猜，艾艾便如同漏了气的皮球一般，一下子瘪了下去。 “师父，这都哪跟哪呢！我又不是师父您，这种世纪难题哪里说证明就能证明的了。” 庞学林翻了个白眼，说道：“那找我有什么事吗？” 艾艾笑嘻嘻道：“师父，你看我们几个人跟了你读博也有一年了，这一年加起来总共和你见面的时间不到十次，剩下的不管是学习还是生活，我们之间都只能通过电子邮件联系，我们也知道你工作忙，事情又多，没办法分配太多的时间给我们。所以我和苏菲、哈尔克、孟尧他们商量了一下，本周末咱们去千岛湖玩一圈吧。反正千岛湖离江城也近，来去开车几小时，方便得很。到时候我们在湖边租一栋民宿，可以钓鱼，可以烧烤，可以泛舟湖上，你看怎么样？” 说完，艾艾一双明亮的大眼，一眨不眨得看着庞学林。 庞学林微微一愣，笑道：“行吧，正好我这周末有空，咱们就去一趟千岛湖！” “师傅万岁！” 艾艾微微一愣，一下子就蹦跶起来。 她原本以为庞学林会拒绝，所以装可怜想要博一下同情，没想到庞学林竟然一口就答应了下来。 庞学林笑道：“好了，都多大的人了，对了，你还有什么事吗？” “没事了！师傅，那咱们说好了，周五下午出发！” “好！” 庞学林点头应下。 艾艾蹦蹦跳跳跑出了庞学林的办公室，庞学林笑着摇了摇头。 他之所以一口答应下来，一方面觉得艾艾确实说的没错，自己这几个学生自从到自己手下读博以后，自己确实没有好好上心应付他们。 另一方面，庞学林也想到了自己手下的那些团队。 不管是望月新一、佩雷尔曼他们领导的庞学林数学研究中心，徐兴国领导的碳基半导体功能材料研究中心，还是李长青领导的碳纳米材料研究中心，石毅他们正在搞的生物医学研究中心，还有柯顿·沃克领衔的锂空气电池研究中心，貌似都很少放假。 数学中心那边庞学林不清楚，其他几个机构，别说周末了，平日里正常上下班都很难得，工作强度堪称007。 当然，高强度工作的同时，薪资待遇也是一流水准。 普通的博士生跟着团队做项目，一年都有三四十万的补贴，一名博导单单工资就一两百万，奖金什么更是另算。 当然了，对实验室的研究人员来说，钱塘实验室更吸引他们的，是那种科研的纯粹性，以及有可能产生的突破性成果。 也正因为如此，钱塘实验室才能在成立短短不到一年的时间内，蜚声全球，成为全球最顶尖的国家实验室之一。 但庞学林也渐渐意识到，这种工作强度，长此以往下去并不一定是好事。 适当的劳逸结合还是必要的。 沉吟片刻，庞学林拿起桌上的电话，直接拨给了刘庭波。 “刘院长，你在学校吗？能来我办公室一趟吗？” 刘庭波很快就过来了，庞学林和刘庭波说了一下自己的想法，刘庭波顿时笑道：“庞教授，这事你如果不说，我这边也会安排的，正好新一期庞氏几何研讨班马上就要开班了，我安排一下，让大家出去旅游一趟，正好也让各位学者认识认识。” 庞学林笑道：“行，那你来安排吧，对了，把佩雷尔曼、望月新一这两个家伙也叫上。这两人一旦研究起来就没完没了，这次不管怎么样也得把他们拉出来。” 刘庭波苦笑道：“庞教授，要是其他人我还有把握，这两尊大神，可得你自己亲自出马去请。” 庞学林微微一愣，苦笑道：“行吧，到时候我跟他们说。对了，舒尔茨和陶哲轩他们在这边过得怎么样，还适应吗？” 说到舒尔茨和陶哲轩，刘庭波顿时眉开眼笑起来。 “适应，适应的很。陶教授和舒尔茨教授还主动要求担任我们数学系的授课教师，他们每周都会给本科生各上一节课，现在每次过来听课的学生都能把大教室挤满，还有其他专业的学生过来蹭课呢！” 身为江大数学科学学院院长，数学系的教学质量刘庭波自然也会放在心上。 之前庞学林把望月新一和佩雷尔曼这两尊大神弄过来的时候，刘庭波还指望他们能带带学生。 谁想到这两家伙除了偶尔去庞氏几何研讨班露个脸，剩下的时间一直忙着各自的研究，这让刘庭波有些无奈的同时，又没办法多说什么。 毕竟这两尊神地位太高，特别是佩雷尔曼，和庞学林合作证明霍奇猜想以后，如今在数学界的地位，丝毫不比安德鲁·怀尔斯和皮埃尔·德利涅他们差多少，刘庭波也不好让他们去帮忙带学生。 反倒是陶哲轩和彼得·舒尔茨过来以后，使得江大数学院一下子变得热闹起来。 他们非但主动要求带研究生，甚至还决定给本科生授课。 这样一来，那些抢不到庞学林的课程的学生，很快就把注意力放在了这两位菲奖大佬身上。 有了这两位大佬的加入，再加上这两年江大的生源质量水涨船高，刘庭波已经发现了好几位在数学领域有望能够取得成就的优秀苗子。 如果等这些人再成长起来，那么即使庞学林离开江大，江大数学系在全球数学界的地位也就稳了。 庞学林和刘庭波聊完给数学系的学者和老师们安排度假的事，已经临近中午了。 两人在学校食堂吃完饭，庞学林便直接前往钱塘实验室，找到了李长青、曹源、石毅、柯顿·沃克、徐兴国他们，说准备给大家安排休假。 李长青、曹源、柯顿·沃克倒无所谓。 超导128材料完成实验室制备以后，工业化制备的难度反而没有他们想象得那么高。 毕竟之前有了飞刃材料的工业化生产经验，超导128的工业化生产本质上和飞刃材料没什么区别。 两人只要照葫芦画瓢即可。 柯顿·沃克如今更是功成名就，在电化学研究中心，他的工作更多的是放在如何改进锂空气电池，并且使之适应各种不同环境上。 因此，他的工作相对轻松很多，也没那么大的压力。 反倒是徐兴国和石毅，面露难色。 徐兴国道：“庞教授，能把我们碳基半导体材料研究所的休假时间安排延后一些吗？最好安排到年末……或者明年年初，我们现在的研究节点比较关键，而且大家的状态很好，我不想打断这种研究状态。” 庞学林微微一愣，说道：“徐教授，我担心大家太拼了，我之前让人专门做了个调查，结果吓了一跳，我们钱塘实验室的研究员，平均每天呆在实验室的时间超过十四小时，甚至连周末也不例外，这样下去身体会吃不消的。” 徐兴国不由得笑了起来，说道：“庞教授，放心吧，现在大家都憋着一股劲呢。去年我们和老美打贸易战，老美为了得到锂空气电池，甚至威胁对我们的半导体行业进行全面封锁断供。虽然最终经过双方谈判，我们同意在美国境内建造锂空气电池工厂，老美也如愿以偿解除了对我们的科技封锁，使得我们能够买到最新的仪器设备。但这口气我们一直记着，只要我们在碳基芯片领域打开局面，未来美国能够制衡我们的地方就不多了。现在我们已经能够完成实验室层面高水平的碳基芯片的制备工作，我们团队和华威海思合作，正在抓紧时间进行碳基芯片商业化开发，一旦成功，足以改变全球半导体产业的格局。到时候，中美两国的竞争格局又会完全不同。我们现在不能有丝毫的懈怠啊。” 庞学林不由得哭笑不得，将目光转向石毅道：“石教授，你们呢？” 石毅微微一笑，说道：“庞教授，我们恐怕一时半会儿也走不开，而且你就算把大家赶出实验室，恐怕也没人愿意离开，现在整个实验室的人都快疯了……” 庞学林眼睛一亮：“你们把动态apt技术搞出来了？” 石毅微微一笑，点头道：“现在正在进行测试，安德森·怀特和杨和平这两个家伙，已经在实验室待了一周都不愿意出来了，还有那些参与这个项目的成员，也一个个巴不得每天睡在实验室。” 庞学林笑道：“那行，待会儿我去你们实验室看看。其他没什么事的话大家都散了吧，徐教授，你们假如有什么困难记得随时跟我沟通。” 徐兴国笑道：“行，那我就先回去了。” 相比于钱塘实验室其他项目团队，徐兴国的碳基芯片项目组更偏商业化一点，一旦成功，对产业界影响力更大。 但相对于科学界，影响力可能就没那么大了。 毕竟碳基芯片各种理论和概念并不新颖，很难拿到诺奖。 反倒是石毅领导的动态apt项目，影响力更大。 观察微观物质世界一直以来都是人们的梦想，除了好奇心的驱使，更多地是因为微观结构往往与物质的某种属性或功能密切相关。 比如一辆自行车，其组成材料仅仅是金属和橡胶，但当把金属和橡胶加工成一定的形状并把它们组装起来之后，就具有了交通工具的功能。 微观的物质或者各种分子机器，也遵循类似的规律，只不过组成它们的基本材料是微观的原子。由原子按照一定规则排列形成的结构构成了各种功能的基础。 反过来说，一旦了解了物质的结构，人们就有可能了解微观物质实现某种功能的机理，然后通过影响、改造甚至设计新结构来实现人们需要的功能。 很多功能材料的发明或发现都是基于此类方法。 在这种需求的驱动之下，人们不断发明各种手段来观察物质的结构。 在17世纪的时候，列文·虎克发明的光学显微镜，就已经能让人们把物体放大几十上百倍，从而观察到微小的细胞。 随着光学技术的发展，光学显微镜技术已经能帮助人们来观察微米尺度上的材料微观纹理或者细胞内的细胞器。 然而这样的放大倍数仍然远远达不到原子水平，不足以解释结构与功能的更本质关系，因为更多的本质因素多数隐藏于更精细的原子结构中。 对于生物体来说，其最重要和最核心的功能单位非蛋白质莫属。生物体的功能和各种生命活动，基本都是通过蛋白质来实现的。 每一个蛋白质都是一个长串的氨基酸单分子链，由20种氨基酸按照不同的次序排列而成。 这个单分子链在三维空间中的进一步折叠形成了不同的蛋白质结构。 生物体中的蛋白质就好像是一个个分子机器，多数具有特定的结构，来实现催化、运动或信号传导等功能。 这些蛋白质的三维结构通常非常复杂，常常随周围环境的变化而变化，很多时候还要受到其他蛋白质分子机器或者各种小分子的精确调控。 例如，霍乱菌表面的分泌系统，通常由十几个蛋白质组成，在细菌的内外膜上形成一个孔道，选择性地将霍乱毒素分泌到细胞外，用来攻击宿主细胞。 这样一个大的蛋白质机器由十几种不同的蛋白质分子组成，包含了几十万个原子，其中几个原子的变化或者一个氨基酸的改变(突变)都有可能造成整个蛋白复合物的结构变化，进而造成其功能改变甚至失去活性。 由此可见这种分子机器的精密程度之一斑。 然而，如何看到这些精密组合在一起的原子，一直以来都是对显微技术的挑战。 原子的尺度大小在十分之一纳米的数量级上，度量单位为埃。 普通光学显微镜的有效放大倍数或者说分辨率，受可见光波衍射极限的限制，最多只能达到零点几微米。 要提高分辨率，就必须缩短波长至与原子尺寸相当的尺度。 可见光做不到，就只能寻找波长更短的光波。 x射线具有合适的波长，但是很难找到一个透镜能让x射线折射并且成像。 因此，人们不得不采用间接的晶体学衍射方法，才能用x射线探测物质的原子结构。 但衍射方法仅限于能形成晶体的分子。 对于蛋白质或者生物大分子来说，虽然其中少部分可以在特殊的条件下结晶并满足x射线衍射方法的要求，但是大部分较大的分子(比如分子量大于100kda的分子)经常很难或者无法形成晶体。 而且结晶的过程会使生物大分子完全脱离生理状态，无法反映其在生物体中的真实状态。对于细胞或者细胞器这种更大的复杂结构体，结晶的方法就更加不可行了。 为了能够找到一种波长更短和容易操控的波，人们想到了电子。 20世纪30年代，法国物理学家德布罗意提出了物质的波粒二象性理论，认为基本粒子在被加速到接近光速的情况下，其粒子统计行为呈现出波动性。 作为最容易获得和操控的基本粒子，电子在经过电场加速到接近光速之后，可以被当作“光波”用于显微成像。 而经过精确设计的具有特定形状的磁场可以被用来当作凸透镜。 随着电子光源和电磁透镜技术的发展，在随后的一二十年里，人们已经能用电子显微镜观察到接近原子分辨率的金属或无机晶体的原子结构。 然而，当人们第一次用电子显微镜来观察生物样品(棉花纤维)的时候，发现生物样品在高能电子束的轰击之下，很快就被破坏掉了，更不用谈观察精细的原子结构了。 同时，因为电子与物质的强烈相互作用，电子显微镜的光路只有在高真空里，才能保证电子束能传播足够长距离来成像，而不在传播过程中被空气吸收掉。 随之而来的问题是生物样品的含水问题。 水在真空中会很快蒸发掉，而生物样品必须始终保持在水环境里，不能脱水。要保证水在真空中不蒸发，就需要把样品冷冻起来。 然而水一旦结冰，冰晶就会把生物样品破坏掉。 至此，一连串的辐照损伤和样品冷冻的问题便成为生物电子显微镜技术需要克服的最大障碍。 这些问题直到20世纪80年代才被初步解决，从而奠定了冷冻电子显微学技术的基础。 2017年的3位诺贝尔奖得主正是因为解决了这些技术难题而获奖。 三位获奖者的获奖原因基本体现了冷冻电子显微镜技术的几个主要发展方向，jacquesdubochet教授实现了冷冻生物样品的制备技术，joachimfrank教授奠定了三维重构计算技术的基础，richardhenderson教授证明了原子分辨率的可获得性。 然而，冷冻电镜同样也存在许许多多的缺点，比如三维重构算法的精确性问题。 就算成功获得冷冻电镜画面，二维结构如何还原成精细的三维结构，也是个问题。 此外还有信号分辨率，图像衬度等种种问题，比如几百千道尔顿分子量的中小生物分子获得的原子分辨率的三维重构精准度就远远比不上大分子的三维重构。 而动态apt技术的出现，堪称直接将分子生物学、结构生物学推进到原子生物学的层面。 由于其动态记录的效应，甚至可以记录下生物大分子内每个原子的运动情况。 这样一来，科学家们有望从原子层面彻底揭露生命活动的基本原理。 众人散去以后，庞学林便跟着石毅他们去了趟钱塘实验室生物医学研究中心。 石毅则一遍向庞学林介绍动态apt设备研发的大概情况。 目前动态apt设备的研发已经完成，目前正在进行各种测试。 比如样品封装、算法还原、图像分析技术等等。 动态apt设备很大，整体结构比起庞学林在生化危机世界中见到的也要粗糙不少，但基本功能都已经完备。 庞学林的到来，引发了不小的轰动。 杨和平与安德森·怀特也热情地迎了上来，向庞学林介绍这项成果。 包括那些普通的研究者在内，他们看向这个设备的时候，一个个仿佛是在看自己的孩子。 庞学林倒显得波澜不惊，这套设备对其他人很新奇，但是在他眼中，还比不上他在生化危机世界里所用的那套动态apt设备。 当然，这这个世界，足以引发生物学界的震动了。