文

站在巨人们的肩膀上

许巧兵

1998年冬的一天，在吉林大学北区科技楼，一段对话改变了一位学生的人生。“张老师，我想加入您的课题组读博士。”“可是我这边直博名额已满。”“您是高分子专业的导师，怎么博士都只招基地班的而不招高分子专业的呢？”张老师可能觉得那个学生说得有道理，后来通过名额调剂将那个学生收到自己课题组中读博士，自此那个学生就开始了他的学术生涯。张老师就是张希老师，那个学生就是即将本科毕业的我。最近，我仔细品读了《闻雁集》前边发表的每一篇文章，有趣地发现篇十六的作者许华平也曾用类似的理由说服张老师。

实际上，我是1995年考入吉大化学系的，选择化学专业是因为喜欢化学，而化学专业又是吉大的强项。在我们那个时代，没有手机、电脑、网络，同学们学习非常专注，上课争坐前排和自习室占座是常态。化学系一直有重视教学和人才培养的好传统，课程学得很扎实，要求很严，考试得高分不易，确实经受了“厚基础”和“严要求”的教育。但限于当时的条件，实践教学略显不足。在张希老师答应收我做研究生之后，我在大学第四年就来到张希老师的研究组做本科毕业论文，锻炼了动手解决问题的实践能力。当时，张希老师的博士生张文科（现在是吉林大学化学院的教授）具体带我做实验，课题是研究蚕丝蛋白的单分子力学性质。蚕丝具有非常优异的力学性能，在单个分子水平上是否也如是？超分子结构对其力学性质有什么影响？这是我们当时关注的主要科学问题。当时，吉林大学拥有国内第一台单分子力谱仪，是通过沈家骢院士和张希老师共同努力，与德国慕尼黑工业大学Hermann E. Gaub教授合作自主搭建的。当时单分子层次的研究非常火热，有Carlos Bustamante 领衔的用光学镊子做的单分子研究，有谢晓亮教授课题组用荧光光谱研究单分子级别蛋白酶的性能，等等。Gaub教授课题组在世界上较早开展基于原子力显微镜的单分子力学性能研究。单分子力学研究方法的建立，为解决很多高分子领域的基础问题带来了契机。比如，高分子材料的力学性质能否反映到单分子力学上来，能否用单分子力学研究生物体系；再如测量打开DNA双螺旋结构需要的力的大小，等等。对于当时还不完全明白“科研”二字含义的我来说，一开始就能接触到世界最前沿的科研领域，其影响可想而知。当时的单分子力谱仪还没有商业化产品，仪器部件都是裸露的，很多操作需要手动调节，并对环境有较严格的要求。实验时室内要关灯，以免灯光影响激光聚焦的准确率；实验时室内的人不能走路及说话，以免震动对测试信噪比的影响。做单分子拉伸实验就跟钓鱼一样，得反复、持续地拉伸。做实验的人需要具备与钓鱼人一样的冷静和耐心，这也是科研人必备的素质之一。“钓”单个分子需要保持样品浓度在很稀的水平，以避免分子聚集。这样每次下针能够钓到分子的几率则大大降低，更需要反复大量的实验。在一个漆黑无声的实验室里每天都这么不断地钓着，虽然枯燥，但是每一针下去都饱含希望。张老师对这个课题也是格外的重视，基本上每天都要同我们讨论实验结果，提出问题，鼓励我们思考解决问题。最终，关于丝素蛋白单分子力学性质的研究工作在2000年发表在Langmuir期刊上（我是第二作者），让我初尝收获的喜悦。

可能觉得我和张文科师兄在小黑屋里“钓”得辛苦，也有可能是觉得我俩的高分子物理背景需要加强，张老师将我和张文科师兄送去参加1999年夏天由复旦大学杨玉良老师主办的为期两周的高分子物理暑期国际高级研讨班。为研讨班中作讲座的有钱人元院士、徐僖院士等国内著名的科学家，还有美国阿克伦大学的程正迪教授，加州理工学院王振纲教授等国际高分子物理界的大家。那时候学术信息交流远不如现在方便，对于渴望知识的我来说，获取信息的渠道还局限于阅读发表了一段时间以后的期刊文献。此次研讨会让我有机会了解最新的科学发展动态，激发了我对科学的兴趣。记得大多教授穿得都很正式，唯独加州理工学院的王振纲教授穿着球鞋来的，比较休闲，这是他每日晨跑的穿扮。暑期结束，研一开始，继续我的“黑灯瞎火”的单分子拉伸研究（图1）。

图1 2002年春摄于净月潭 （张希老师课题组单分子力学小分组 后排左起：石味青，王驰，张文科，崔树勋，刘传军。前排左起：许巧兵，张弘一，导师张希教授）

当时单分子力谱仪还不普遍，领域的竞争还不大，同组做别的方向的成员对我们很羡慕，认为我们天天“钓鱼”就能出文章。我认为他们只说对了一半，因为任何一篇学术论文，都需要回答几个问题，你的研究工作解决了什么问题，解决问题的独到思路是什么，创新点在哪儿，有什么价值和意义，等等。张希老师也经常提醒我们，单分子力谱只是研究的工具，研究要致力于解决问题。我的研究生课题继续立足于生物大分子领域，研究对象从蛋白延伸到了多糖单分子力学。此前李宏斌师兄在多糖的单分子力学的研究方向已经做了一些前沿基础工作，给我的研究奠定了坚实的基础，使得我的研究生课题做的比较顺利。卡拉胶是一类天然多糖，广泛用于制造果冻、软糖、冰淇淋等等。我系统地研究不同类型的卡拉胶的单链力学性质，从实验证实了氧桥键能锁住葡萄糖的环状结构，阻止其椅式桥式的构象转变。在外力的作用下，葡萄糖的环可以发生从椅式构象到扭船式构象的转变，理论上曾有人推测如存在氧桥键可能阻止此构象的转变，但过去无法从实验上来证实。我们利用新型的单分子力谱技术，首次从实验上给出了直接的证据。总结我在硕士三年的研究成果，一篇论文发表在美国《大分子》（Macromolecules），另一篇论文发表在德国《大分子快讯》。我自己独立工作的能力得到很好地锻炼，初步学会了科研写作，为日后继续从事科研工作打下了基础，更为重要的是我体会了科学带来的快乐和乐趣。

图2 2002年6月6日，通过硕士论文答辩，摄于吉大北区科技楼 （左起：吴立新老师，马於光老师，徐蔚青老师，杨光弟老师，许巧兵，张希老师，王治强老师，王悦老师）

回首在吉林大学的研究生生活，科研学习只是一部分，还有一部分是友情和爱情。球场上驰骋建立了友情，牡丹园里赏花获得了爱情。我在吉林大学研究生阶段认识了我的妻子，也是改变我人生的重要因素。当时各大高校考GRE出国读博士成风，北大、清华、中科大等盛行得比国内其他院校更早些，大概在90年代中期。这股风刮到吉大已经到90年代末，2000年初了。“咱们考GRE出国吧？”“认真的？我已经在单分子研究方面建立了很好的训练和基础，踏踏实实做几年可以博士毕业，然后出国做博士后。”尽管非常不愿意离开张老师课题组，最终“荷尔蒙”战胜了理性，还是决定出国读博士。2001年秋是我学术生涯另一个重要的节点。由沈家骢院士和张希老师主办的功能超分子体系香山科学会议在北京香山顺利召开，参会的学术大咖如云，有国内的众多院士，也有许多国际知名科学家，包括诺奖得主Jean-Marie M.Lehn教授、德国科学院院士Helmut Ringsdorf教授（张希老师的德国导师）、美国科学院院士George Whitesides教授等。吉林大学超分子实验室的师生基本都参加了此次会议，也包括我。我承担了部分后勤志愿者服务工作，包括陪Ringsdorf教授爬长城，也近水楼台聆听了他对于做科研的体会和教诲。此次香山会议也让我有机会将自己关于多糖单分子力学的一些研究成果以墙报的形式给与会者分享，其中一位听众就是我后来的博士导师Whitesides教授。当时Whitesides教授对我墙报上引用的Mark Twain的一句话印象深刻：“A man who carries a cat by the tail learns something he can learn in no other way.”（一个抓住了猫尾巴的人能够比采用其它方式学到更多）。我引用这句话想表达单分子力学研究或许能给出一些研究本体材料得不到的重要信息。当时我正在准备申请国外博士，与Whitesides的深入交流为我后来申请哈佛做了很好铺垫。

图3 2001年10月摄于长城 （左起：Helmut Ringsdorf教授，André Laschewsk教授，许巧兵）

Whitesides教授所在的哈佛大学是很多青年学生梦想的大学，哈佛大学的化学与化学生物学系是国际上最好的化学研究机构之一，每年从国内接收攻读化学博士学位的学生仅为个位数。在我之前，他们从未收过吉大化学的学生。慎重起见，哈佛大学委托谢晓亮教授（现已全职回到北京大学工作）通过邮件与张希老师预约时间，专门致电张老师了解我的情况。在张老师的极力推荐下，我顺利被哈佛大学化学与化学生物学系录取为博士研究生，是来自吉大化学的第一位学生。

2002年8月，我和妻子一起踏上了飞往美国波士顿的飞机，开始了新的征程。如果说，在吉大跟张希老师做研究，提高了做科研的情商（Research EQ），那么在哈佛大学跟着Whitesides教授学习的五年，提高了我做科研的智商（Research IQ）。Whitesides教授课题组人才济济，开创了很多原创性的研究领域，包括自组装单层膜、软刻蚀、微流控、介观自组装以及将软刻蚀技术应用于生物问题的研究等。可想而知，一个新进课题组的博士生要做出让Whitesides教授感兴趣的课题有多难。那时候纳米领域研究火热，纳米加工主要有两个策略，自上而下（top-down）和自下而上（bottom-up）。Whitesides教授是软刻蚀技术的先驱，但软刻蚀能做到微米级别，做纳米级别制造比较困难。我的博士研究方向就是如何用自上而下的方法实现纳米加工制造。虽然Whitesides教授在科研项目上非常挑剔，但在Whitesides组有个好处就是他不限制你的思维，也不限制你去尝试新想法，等你得到一些概念验证的数据后，就可以跟Whitesides教授展示你的想法，获取他的支持和概念的完善。经过跟Whitesides教授5年的博士训练，我获得了勇于探索新领域的能力，为我以后建立课题组，探索新方向打下了坚实的基础。最近哈佛公报长篇专题报道了Whitesides教授几十年来的做科研理念，值得大家一读。

(https://news.harvard.edu/gazette/story/2024/05/george-whitesides-became-giant-of-chemistry-by-keeping-it-simple/）

图4 2007年7月摄于哈佛大学化学系Whitesides教授课题组会议室 博士论文答辩后（说话者是博士导师George Whiteside教授，我手里抱着的是我大女儿Angie，4个月大）

博士毕业后，我选择留在波士顿，加入了麻省理工学院（MIT）Robert Langer教授的课题组从事博士后研究。Langer教授是组织工程和药物递送领域的奠基人。在Langer的实验室，我有机会深入了解了生物医学工程领域。2010年9月，我开始在塔夫茨大学担任助理教授，建立了自己的研究课题组，并一直专注于生物医学工程这一交叉领域，直至现在晋升为终身教授。

图5 2023年6月摄于美国Portsmouth，NH，第14届国际生物医学高分子材料前沿会议。左：许巧兵教授（会议主席之一）和博士后导师Robert Langer教授。

回顾我在吉林大学化学本科和硕士研究生的7年学习经历，我由衷感谢母校的精心培养。吉大化学的课程学得很扎实、很深，对继续从事研究生的学生们非常有帮助。譬如，有机化学是哈佛大学化学与化学生物系的强项，我选修了很难的有机化学博士生课程，也应付有余。我们那个时代对于专业分得特清，化学的学生就化学学得深，生物的学生就生物学得深，感觉化学系和生物系两个专业中间有堵墙。美国的专业划分不是那么严格，基础数学、物理和生物等课程，各个学科的学生一起上课，学生还可以根据自己的情况安排课程，这样可以拓宽了学生们交流的圈子，有益于不同思维方式的碰撞，可以促进协作和合作。另外，美国的硕士研究生只有1-2年，可以一年只上课，拿够学分就可以获得硕士学位的；也有2年制的，需要做些研究。中国的硕士研究生是三年制，训练更深入系统，特别是做得好的学生在欧美国家可以直接拿博士了。就我个人而言，在吉大研究生期间学会了做科研的方式，培养了独立思考和团队工作的能力，对来美国读博士转换衔接得非常顺利。对来Whitesides课题组的学生要求额外高些，因为他培养学生是放任的方式，让学生自由发挥比较多，需进组的学生有一定的科研基础和训练，否则连博士资格考试也无法通过。

总之，在成长的关键阶段，我有幸跟随三位学术大家，他们科研理念和方法深深影响了我，现在也通过我传递给了与我一起学习和工作的年轻一辈，相信科学的火炬一定会代代相传。二十多年来的科研生涯有高潮，也有低谷。对科研的热爱让我保持了良好的心态，能够专注于自己热爱的工作，在高潮时不过于自满，在低谷时也不气馁，持续前行。

许巧兵，2024年5月写于美国马萨诸塞州莱克星顿。谨以此文感谢我的三位导师张希教授、George Whitesides教授和Robert Langer教授的谆谆教诲。也以此文纪念Helmut Ringsdorf教授。

跋

许巧兵是美国塔夫茨大学生物医学工程系教授。出生于江苏省南京市溧水区，1999年7月，于beat365获得理学学士。2002年7月，于beat365获得高分子化学理学硕士，导师张希教授。2007年8月，获得哈佛大学化学系理学博士学位，导师George Whitesides教授。从2007年9月到2010年8月，在麻省理工学院化工系Robert Langer教授课题组做博士后。2010年9月加入塔夫茨大学生物医学工程系至今，同时也兼职于美国塔夫茨大学工程院化学与生物工程系、塔夫茨大学医学院，是塔夫茨大学生物医学研究生院细胞与分子及发育生物学项目成员。曾经获得过美国皮优生物医学学者（The Pew Scholars Program for Biomedical Sciences, 2013）,美国国家自然科学基金CAREER奖（2015）,美国医学与生物工程院会士（AIMBE Fellow，2020）,以及美国国家发明家科学院高级会员（NAI senior member）(2024)。目前从事新型可降解纳米脂质体载体在核酸药物、基因治疗及基因编辑中的应用。