专访|千人专家周晓光博士：多学科交融实现创新
周晓光博士，2011年国家“千人计划”海外高层次引进人才、国家特聘专家，长期从事生命科学分析手段及高端仪器方面的研究开发工作。现任职于中国科学院半导体研究所国家集成学重点实验室生物信息获取与传感技术实验室。
火石创造：
周晓光博士先后加入过美国菲尼根质谱仪器公司，美国应用生物系统公司，近年回国被中科院半导体所国家光电重点实验室聘为研究员。您能谈谈这几段经历中，您的收获和不同阶段对仪器研发的理解吗？
1988年，周晓光在美国博士毕业后，他有多个职业选择，其中一个是去美国能源部直属的Los Alamos国家实验室，参与到最早做基因银行(GenBank)的研发团队中。当时还没有生物信息学这个学科，但主要的任务就是对基因数据分析方法做早期的研发。如果周博士当时加入该团队，应该也是较早参与生物信息学领域的科研人员，也能做出一些不凡的工作。今日来看，GenBank已成为世界上的权威序列数据库。包含所有已知的核苷酸及蛋白质序列、以及与之相关的生物学信息和参考文献。
周晓光的另一个选择是去美国菲尼根质谱仪器公司——当时世界上最大的质谱仪公司。当时，公司新成立了生物化学分析部，决定将业务向生化分析方向发展。由于他拥有生物化学、计算机科学、物理学多学科背景，因此被公司看中。周博士自己也因更喜欢物理科学，选择了生化仪器开发这个方向开始自己的职业生涯。他早期在电喷雾质谱技术的研发工作中，发明了解析此类质谱数据的新方法并获得美国及国际专利。之后，成功开发出世界第一款利用低能碰撞诱导解离技术进行多肽、蛋白质分析的质谱数据解析软件。他参与了世界第一台液相色谱-离子阱多级质谱联用仪的研发工作并负责该项目数据控制分析系统的设计及开发，创建了为此类仪器提供高度灵活智能化控制手段的仪控程序编制系统。在质谱研发项目中，他还发明了离子阱自动增益控制方法并获得美国专利。
早期工作经历使周晓光博士获得三方面收获：第一个收获是能与一个非常优秀的团队一起工作，将John Fenn（诺贝尔奖获得者，ESI发明人）团队发明的ESI离子源引入菲尼根三重四极杆质谱上。第二个收获是利用自己跨学科的知识帮助团队解决了全新离子阱质谱技术研发中遇到的难题。第三个收获是在工作中找到自己的兴趣，发挥自己的特长，例如在工作中因需要解决同种分子可带多种电荷引起质谱多峰的问题而开发出ESI质谱图反褶积算法。
1995 年，周晓光博士加入美国应用生物系统公司，先后担任过项目研发经理、研发部门资深经理及研发主管等职，负责主持了多项分析技术研发及产品开发工作，其中包括曾在世界最大科学仪器展PITTCON荣获Editor’s Award荣誉的世界第一台高分辨时间飞行液质联用仪以及一系列应用于蛋白质组、功能基因组、生物标志物等分析的仪器及应用平台。
回顾这段国外高尖端科学仪器的研发管理经历，周晓光博士的收获是商用产品与科研成果不同。科研成果只需要有一定的重现性，满足科学论文发表即可，主要是说明和解决科学问题。而产品则需要满足客户在通常使用场景下的需求，要具有很好的可靠性。如当时在开发液质联用中的接口技术时，遇到液相色谱流速和有效电喷雾流量不匹配问题，初始周博士团队采用了分流方案，可满足液质联用功能，但无法满足客户对进样方式的期待，最终该方案被否决，而进一步开发采用了能够满足客户需求的其它方法。
2011年，周晓光博士通过国家“千人计划”被中国科学院半导体研究所国家光电重点实验室引进聘请为研究员，同时担任中国科学院北京基因组研究所客座教授、技术研发中心顾问委员会主任、中科院基因组科学与信息重点实验室学术委员会委员等职。在此期间，周晓光博士完成了具有自主知识产权的第二代基因测序仪原始样机的研制并通过中科院专家组评审验收，在高端生命科学仪器装备国产化方面取得了突破性进展，填补了国内空白。回顾这段经历，他的感受是，高端仪器的开发过程就是在方案论证通过后，在实践中不断发现问题和解决问题的过程。任何一个环节出现问题，都可能影响到最终的成果，因此不能忽视任何小的细节。
火石创造：听说您最近重回质谱圈，是否打算在国内研发新的质谱技术？
周晓光博士说，他一直关注着质谱领域的技术发展，同时他也回顾了在质谱这个领域20多年的工作经历和技术发展。他提到了在ABI工作时的同事Marvin L. Vestal教授。90年代中期，Marvin改良了延迟进样飞行质谱技术（Delayed Extraction MALDI-TOF），解决了初始带有不同动能的离子在同一时间到达飞行区的关键问题，大大提高了飞行时间质谱的质量分辨能力，即分辨率。在此技术基础上，他们将MALDI-TOF和TOF-TOF技术做了商业化开发，研制出了第一台商业化高分辨MALDI-TOF仪器 —— 即Voyagers系列产品。由于此技术是基础性创新，之后有近半数的基于MALDI-TOF技术设计的质谱仪是采用该技术，因此Marvin在2010年获得了美国质谱学会颁发的杰出贡献奖。
近期，Marvin等前同事开发了一种新的MALDI-TOF技术。新技术中的多项创新改变了传统MALDI-TOF长期困扰我们的一些问题。所有这些改进使得MALDI-TOF的性能提高且成本降低。新技术主要解决了质谱产生数据的可靠性、重现性、稳定性等问题，特别是质量测量精度和定量精度。举例来说，在以前的技术基础的质谱仪，相同样品在靶板不同位置的靶点采集到质谱数据是有差异的。这是由于靶板上的电场不均匀引起的。通过改进电场分布，使先前接高电压的靶板改为接地，就能解决点样位置不同引起的差异性。虽然想法简单，但实质实施上需要一系列的离子光学系统的重新设计。
周博士介绍，先前的MALDI-TOF技术，数据相对的定量标准误差是25%~30%，无法满足临床应用。而当前这种新的MALDI-TOF技术，定量标准差下降至1%~2%，使得质谱应用于临床定量检测成为了可能。周博士正在与Marvin合作，把这一质谱新技术引入国内。当定量精度提高后，质谱技术的临床应用就更为广泛，例如可以做无标记物的组织切片成像、指纹分析等。
MALDI-TOF 质谱仪器主要由基质辅助激光解吸离子源(MALDI)和飞行时间质量检测器(TOF)两部分组成。
MALDI的原理是用一定强度的激光照射样本与基质形成的共结晶薄膜， 基质从激光中吸收能量而气化，并迅速降解，使样本分解吸附，基质和样本之间发生电荷转移从而使样本分子电离；TOF的原理是带有电荷的样本分子在电场作用下加速后自由飞过飞行管道，因为离子的质荷比与离子的飞行时间呈正比，所以不同质量的离子因达到检测器的飞行时间不同而被检测，以离子峰为纵坐标、离子质荷比为横坐标形成特征性的质量图谱。
火石创造：您于2013年在青岛高新区成立了融智生物科技（青岛）有限公司，主要的研发方向是什么？有什么新进展？
2013 年底，周晓光博士在青岛高新区工业技术研究院注册成立了融智生物科技（青岛）有限公司。公司致力于以基因组、蛋白组等生物分子为对象的分析仪器设备、检测耗材及解决方案的研发、生产、销售、服务的创新型企业。作为生物检测设备领域一体化解决方案提供商和专业制造商，融智生物致力于为精准医疗、生物医药、疾病防疫、检验检疫、食品安全、公安法医、教育科研等领域行业客户提供稳定可靠的快速生物分子检测系列产品及整体解决方案。
周博士称，公司的使命就是创新科技，打造还原生命本质的利器。 周晓光认为科学仪器的研发涉及到多个方面，它是通过多学科的团队力量完成的。对于先进科研仪器的开发，材料、机械、电学、光学、软件、化学、生物、工程管理、质控等各个方面都非常关键，缺一不可。目前，公司研发了集成芯片核酸快速检测仪、快速法医DNA 指纹分析仪、质谱仪等产品。
新产品研发是为了解决当前生化领域存在的问题。举例来说，当前正在研发的集成芯片核酸快速检测技术，主要解决了样品环境污染和液体与机器部件直接接触的问题。集成芯片可以在一块封闭的芯片实验室上完成细胞裂解、核酸提纯和定量PCR一整套流程。
周博士表示公司的近期目标是在疾控检测以及食品安全等领域推出核酸快速诊断产品，建立集设备、耗材、试剂和服务为一体的全方位产品体系。同时推出基于定量MALDI-TOF的临床检测设备及个体化医疗方案，成为个体化医疗检测服务、诊断、数据库供应商。
火石创造：您对跨学科的大学教育和科学研究有何见解？
周晓光博士是一位跨学科人才，本科就读于中国科技大学生物物理专业，之后在美国深造期间，他一边在休斯敦大学攻读生物化学博士，一边在莱斯大学研究生院攻读计算机硕士。
谈到国内的跨学科教育与科研，周博士定义为硬性结合，将不同学科融合在一起单独成立专业，如生物学（Biology）和信息学（Informatics）结合后形成新的生物信息学专业（Bioinformatics）。需要学生掌握两个专业的大部分知识。
在美国，跨学科的概念更偏软性结合。跨学科选课不只发生在本科生层面，甚至在强调高、精、尖的博士生培养中也有类似的情况。工学博士生跟着化学教授学习研究，这在美国高校中并不是稀罕事。美国大学对于学生取得博士资格，没有专业上的硬性限制，允许学生跟着外系教授作研究，最后拿到的是申请专业时的学位。比如，质谱仪器开发的专家是化学系毕业的，而不一定是电机工程系毕业的，而这些化学专业的人可以对物理、电器、软件等有很深入的了解。反之也一样。
周晓光说，美国的教育体制为跨学科交融打开方便之门。譬如，在研究生申请时一般采用的是像GRE这种能力倾向测试，并不是一概用专业知识考试结果来设定录取门槛。这样对不是本专业的学生但有意愿在另一专业继续深造的学生，提供了可能，间接的推动力交叉学科的互融。博士生毕业答辩之时，一般会有5名教授做评审，当中至少有1名来自其他系，也可以完全来自不同学院。中国高校的跨学科建设，多由校方推动；而美国高校推动跨学科建设，更多是导师本身及研究内容决定，很少刻意而为之。
火石创造：您对国内“万众创新”的新潮流怎么看？
周晓光博士认为国家提出的这个“万众创新”概念是好的，但是从理性和逻辑上去分析这个概念，他认为“创新”本身不可能是大众的事情。因为每个人的兴趣取向不同，不可能每个人都愿意去创新，并且也不是每个人都有能力去创新。
当然，创新的层次不同，除了技术上的创新，模式和方法上也可以创新。创新不是集体运动，而是个人兴趣或利益驱动，有能力真正实现创新。周博士的理解是，万众创新不是让一万个人都冲在前面去创新，而是有能力创新的一部分人真正实现创新后，带动了几万人甚至几十万人的就业，并且实现了自我价值。他不反对大家都去创新，越多人创新，对国家越有利。但创新不应只是一个口号，而是要建立一个环境，让想要创新的人真正可专注于创新，发挥期特长。
另外，创新需要集中力量去支持有能力创新的群体。举例来说，当前国内的科研基金和创业基金的分配类似于撒芝麻。政府的初衷是好的，希望大家都去创新创业，但不是每个人都真有足够的基础与准备去创新。做企业，失败率是非常高的，政府应该支持那些有条件有毅力有初愿的人去做创新的事，而不是撒芝麻式的支持，这样做只会导致资源分散，有些项目一开始就注定了失败结局。
创新需要内心环境和外部环境来匹配，才能真正创新。这里说的内心环境是指如我们的教育体系和教育方式，需要在教育阶段就能灌输创新的理念，才能树立学生创新的信心与决心，输出创新型人才。这里说的外部环境就是刚才提到的政府政策和创新孵化的社会大环境。好的心愿结合好的方法才能真正实现万众创新。
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