诺贝尔化学奖得主William E. Moerner教授与复旦学子聊了些啥

如果给你一个机会，

让你和登顶了“化学珠峰”的科学家

进行一次面对面的交流，

你会和他说些什么呢？

2018年8月1日下午，复旦大学化学系的学子们齐聚一堂，有幸和诺贝尔化学奖得主亲切交谈，倾听他的故事，并寻找自己感兴趣问题的答案。

他便是2014年诺贝尔化学奖得主、美国斯坦福大学教授William E. Moerner。

下面就让我们去听一听化学系学子们与Prof. Moerner的精彩对话吧。

Q&A

1

1

1

Q：在您看来，博士生应该具备怎样的素质？

A：在我的课题组我最看重的是学生的创造力，且要求学生有解决问题的能力，最后自己能够找到解决问题的方案。

起初，我会给学生一些我的想法，然后学生需要拓展出自己的想法，这就体现了创造力和创新能力的重要性。但是科研是困难的，且没有一个课题是完美的，实验过程中总会出现各种各样的问题，不是所有人都可以发Nature和Science，也不是随便研究一下就可以发Nature和Science。

因此，团队合作很重要。学生之间需要相互交流并进行合作，借鉴已经毕业的博士生经验和组内其它成员的各自优势，相互帮助、共同完成科研工作。一个人不懂得交流，不懂得合作，只知道躲在角落里闭门造车，是得不到具有创新性或有意义的工作的。

1

2

1

Q：请问您对新入学研究生在选课题上有什么建议？

A：选课题取决于你目前所了解的领域，所拥有的知识储备，兴趣所在，所有的这些方面决定你的选题。换句话说，你可以依据自身的知识储备制定一些计划，并对其命名，然后对各个领域进行深入了解，综合各种知识去发现和解决问题。

在我的职业生涯中，我的研究涉及了很多领域，我学习到了很多知识并掌握了很多技能，包括电气工程学、数学和物理学，并因此获得了三个学位，这些成果的取得都归因于我的努力。此外，在科研工作中，最重要的一点还是创新，要在现有的基础上敢于挑战、敢于创新。

1

3

1

Q：在您的研究过程中，您是否曾经质疑过你的判断?

A：当然。我想很多时候在我们的研究过程中会有很多方式和想法出现，所以有时候我们会做出错误的选择。

举个例子，当我们开始试着去理解和观察单个分子时，我在讨论中提到了数据存储。数据存储是一种将二进制数字作为一种特殊孔方式来写。这是一种在频率空间中做标记的方法：101010……你不需要做太多的标记。但是噪声和噪声源可能来自于单个分子的粗糙度，粗糙度主要由于分子吸收的个体性导致的。当我们想观察统计精细结构的时候，我决定用perolene（热交换使用的有机液体），它是一个非常稳定的分子。我们要用透明的聚合物，制作十张膜很容易。我们花费了大量的时间来制作扩展薄膜，并制备出很棒的样品，冷却之后，我们去寻找这种精细的结构，然而并不能寻获。

当你在做一些全新的事情时，这是很正常的现象，因为你并不能认清所有的事实，也不能完全知道一切。它需要的东西不多，但你也不是样样都懂。不管怎么说，它不管用。我们花了很长时间，很多很多个月去寻找这种效果。我必须说，这是你要做的关键，你要更加努力。你可以选择一遍又一遍地去做，也可以选择去寻找另一条捷径。

因此，我们尝试了一个不同的方向。我决定不用聚合物来做，我们决定用晶体来做，那个周末就立即奏效了，所有这些成功都是在不断失败后继续努力的结果。我的课题组一直都想做新的和不同的科研，这就意味着我们站在一个边界：一边都是之前做过的，另一边都是之前没有做过的。并且其中有些太难了，甚至是不可能的。但是我们可以试一试，只要足够努力就有可能变得新颖和与众不同。但不要太难，物极必反。

1

4

1

Q：您认为，在科研方面有哪些重要的素质和能力？

A：对于我自己来说，我觉得我最主要的素质就是勤奋和努力，能够脚踏实地、认认真真做自己喜欢做的事情，并对其进行深入研究。

有些人或许非常聪明，有些人或许什么都不做但是会有很好的想法，但对于我来说，成功的秘诀就是努力工作。在科研工作中，无论是对成功的现象还是失败的现象，我都会要求总结经验并找到成功或者失败的原因，我认为这一点非常关键，只有学会总结经验和教训，才会在随后的工作中不断进步。此外，创新也具有非常重要的作用，做科研要有自己原创的想法，并能够将想法付诸行动，且通过各种办法找到解决问题的方案。

1

5

1

Q：在斯坦福，很多教授开办了公司，您的学术水平如此之高，且单分子技术具有非常广泛的应用前景，您有没有想过把自己的学术成果转化成商业产品，比如商业开发新仪器之类？

A：这是一个不错的问题，如果你想建立一个小公司，是需要有合作和创新精神的。

的确，斯坦福学校工程系的老师创办了很多公司，他们有很好的想法并取得一些成果，可以在公司转化成商业产品。而针对我个人，我更关注科学，这就意味着我每天要做很多工作，并且没有很多钱。同时，我也很开心学习和开发新的技术，并且让很多人学会应用它。

我们所做的关于单分子的工作，也有几个方面是可以做成商业的。超分辨成像是我们的目标，我们现在已经可以实现这个，并且现在也有几个公司正在做这些事情。我很开心，斯坦福的几个公司能把在学校取得的一些成果转化成商业产品，让更多的人能够分享这些技术，并应用于我们的生活中。

1

6

1

Q：您能给我们介绍下单分子技术主要能解决生物领域里的哪些问题，或者说单分子技术能够解决哪些生物领域不能解决的问题吗？

A：生物领域是一个非常广泛的领域，涉及的内容非常多，包括蛋白质、酶、细胞、核酸、DNA等等。虽然单分子不能解决生物领域的所有问题，但是单分子技术具有高的时空分辨率、能捕获单分子性质和行为等独特优势，从而能够在单分子水平上对生物大分子的行为(包括构象变化、相互作用、相互识别等)进行实时、动态操控和监测，得到许多常规系综方法不能得到的信息，揭示被整体分析方法平均化而掩盖的分子的独特性和异质性等信息。

比如在DNA的打开与修饰、DNA-蛋白相互作用、DNA复制和转录等研究领域，为生命科学和医疗诊断等方面提供新技术和新方法。但是，DNA是大分子且非常长，对DNA的单分子研究将是一项重大的机遇和挑战。

1

7

1

Q：单分子荧光在核酸和蛋白质检测中的不同点是什么？哪方面的工作更为困难？

A：这是一个较为复杂的问题，因为这两个目标物有它们各自的特征，获得的信息也是不同的，这就需要我们因目标而异，设计合理的检测方案。

在检测蛋白方面，你需要想办法在其表面标记荧光，这样适配体与蛋白的特异性结合后导致的蛋白构象发生变化，会通过得荧光信号发生波动性变化显示出来，最后通过分析荧光信号的变化来研究蛋白参与生命活动的动态变化。针对RNA，人们设计了很多核酸的标记办法，但通过单分子荧光检测技术实现单个RNA的检测充满机遇和挑战。

1

8

1

Q：在您的个人简历中，我们发现您从中学到大学各科成绩都是A，能跟我们分享下您的经验吗？

A：我认为成功并不需要每科成绩都能拿到A，但是成功的必要条件是努力和勤奋，只有付出足够的汗水和努力才能有所收获。此外，在做任何事情之前，对它的热情和爱好是必不可少的，只有你对这件事情感兴趣并赋予足够的热情，你才能乐此不疲的做下去。此外，生活也需要热情，只有保持愉快的心情才能做好自己的各种工作。

William E. Moerner教授简介

William E. Moerner（威廉姆·艾斯科·莫尔纳尔），化学家，单分子光谱和荧光光谱领域的著名专家。2014年诺贝尔化学奖获得者。

1953年生于美国加利福尼亚州的Pleasanton。1975年毕业于圣路易斯华盛顿大学，获得物理学学士学位（最高荣誉），电气工程理学学士学位（最高荣誉）和数学学士学位（summa cum laude）。1978年获得康奈尔大学物理学硕士学位，1982年获得康奈尔大学物理学博士学位。1981年至1995年，在IBM位于加利福尼亚州圣何塞Almaden的研究中心担任研究人员和管理人员。1993年至1994年，在瑞士苏黎世联邦理工学院担任访问客座教授。1995年至1998年，美国加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）化学和生物化学系担任物理化学杰出讲席教授，1998年至今，在斯坦福大学担任教授。2001年当选美国艺术与科学院院士，2007年当选美国国家科学院院士。

Moerner教授是第一个能够探测单个荧光分子的人，于1989年首次在密集介质中进行了单分子光学测量，由此开创了单分子检测和成像的研究领域。Moerner教授于1997年发现了光调控GFP绿色荧光蛋白发光的方法，该方法成为光激活成像方法（PALM）等超分辨荧光成像方法的基础。

目前Moerner教授主要从事固体、液体和蛋白质等体系中单分子光谱成像及量子光学，金属纳米天线等纳米光学，三维分子追踪和超分辨率成像等领域的交叉研究。

猜你想看：