科技人物
蜕变:扎根科研土壤
湖北黄冈的蕲春县,是药圣李时珍的故乡,也是张静教授的家乡。蕲春“以水边多蕲菜(水芹菜)”而得名,是蜚声国内外的中草药之乡。张静的童年就在蕲春的乡野中度过。
张静
从年少时期起,张静就对世间万物拥有着充沛的好奇心,喜欢刨根问底,想搞清楚有趣事情背后的各种秘密。她常常蹲在田间,望着夏夜里的萤火虫出神。那些微弱却执着的荧光,像是某种隐喻,在多年后与她的科研人生奇妙地交织在一起。如今,她已成为南方医科大学南方医院检验医学科教授、博士生导师,也是聚集诱导发光(AIE)领域的“追光者”。
张静的科研之旅,始于华中师范大学。彼时,她怀揣着一颗科学家梦想的种子,在知识的土壤里努力汲取养分。华中师范大学浓厚的学术氛围和严谨的治学态度,为她打下了坚实的化学基础。在导师刘盛华教授的悉心指导下,她如饥似渴地学习专业知识,积极参与各种科研项目,每一次实验的成功都让她离梦想更近一步。
化学通常被描述为“中心科学”,因为它与其他科学领域,如生物学、物理学、地球科学和工程学等有着密切的联系。我们的生活离不开化学,从我们身上穿的衣服到餐桌上的美食,从居住的房屋到出行的交通工具,都有化学的痕迹。它还可以是古老神秘的“炼金术”,是药到病除的“神奇药水”,是水和空气变好变坏的奥秘,是战争与和平的碰撞下诞生的爆炸和烟花。
化学像一条大河,化作纷纷的支流,在科学的河道中顺流而下。“我虽然对化学充满了兴趣,但是对于自己毕业之后的职业规划一直懵懵懂懂,充满困惑。”张静回忆在博士即将毕业的那个阶段,仿佛进入了人生的低谷,看不清接下来要走的路。
真正的转折发生在2017年。那一年,在博士生导师的推荐下,张静赴香港科技大学加入唐本忠院士的课题组做博士后研究。香港科技大学这座充满活力与创新精神的学术殿堂,汇聚了来自全球各地的优秀学者,不同领域的思想在这里碰撞、交融。唐本忠团队就像一个小小的“科学联合国”,来自全球的70多名研究者,涉及化学、光学、物理学、生物学、医学等,都在这里汇聚一堂,共同探索科学的奥秘。
张静回忆起初到课题组的情景依然充满感慨。她原本专注于纯金属有机化学的研究,但在这里,她仿佛打开了一扇通往全新世界的大门。能与不同领域的学者交流合作,让张静接触到了前所未有的知识和研究方法。这种跨学科的交流与学习,极大地开阔了她的视野,让她看到了化学与其他学科交叉融合的无限可能。
唐本忠院士是聚集诱导发光领域的开创者,在国际上率先提出聚集诱导发光的概念,引发了对有机发光机理的更深入探索,带来了分子设计、材料制备、聚集态结构调控及各种实际应用等方面的深刻变革。在2020年,AIE被国际纯粹与应用化学联合会评为化学领域十大新兴技术之一。
在课题组的日子里,唐本忠让张静见识到真正顶级科学家的能力和高度,她也在和导师的不断交流中快速提高了对科研工作的认知。对于课题组,张静也从心底产生了一种归属感,科研在那里,从来不是一场竞赛,反而是一条攀登的路径,越过一座又一座山峰,他们享受其间的过程。
在这段攀登科学高峰过程中,遇到坎坷和障碍是再平常不过的事。有时候,会卡在一个难题上很长一段时间百思不得其解。除了向导师请教之外,张静还积累了丰富的破解难题的经验。她学会了学科研究要跳出原来的思维束缚,“比如我原来是学化学的,但不能光死守着化学的知识就可以了,还需要懂材料、生物、环境等各个方面,进入大的科学体系里去”。张静总结出,坚持交叉学科的研究是创新成果成长的沃土。
唐本忠独特的科研理念和开放的思维方式,更是对张静产生了深远的影响。她说:“唐院士鼓励团队成员大胆创新,敢于打破常规,甚至要敢于质疑教科书上的内容。”这位思维开放的导师经常强调:“教科书里的东西不一定是对的,科学的乐趣在于发现反常。如果你在科学研究当中发现一些非常奇特的现象,都可以通过你自己的方式把它呈现出来,这可能就是一个很大的创新。”这种颠覆性的理念如同一把钥匙,打开了张静被传统化学训练束缚的思维。
在课题组的一次例行组会汇报中,张静提到了一个看似平常却蕴含着反常现象的工作。她将一堆原本杂乱的发光材料粉末用勺子沿着一个方向压,在电子显微镜下,竟然观察到这些原本无序的晶块逐渐变得有序,而且体积也变大了。唐本忠看到这个结果后,敏锐地意识到背后的意义:“这一现象在物理学上非常难实现,从有序到无序容易,但从无序到有序却极为罕见。”他鼓励张静继续深入研究下去。
在接下来的日子里,张静和团队成员反复进行实验,利用先进的显微技术,仔细观察每一个细节,最终成功揭示了这一现象背后的原理,并将研究成果发表在了化学顶刊上,引起了学界的广泛关注。这次经历,不仅让张静在科研上取得了重要突破,更让她深刻体会到了科研的魅力和乐趣,让她更加坚定了在交叉学科领域探索的决心。
在香港科技大学的3年半时间里,张静不仅在科研上取得了丰硕的成果,更在导师和团队的影响下,完成了从学生到科研工作者的蜕变。她学会了如何与不同背景的人合作,如何在团队中发挥自己的优势,如何独立思考和解决问题。这些宝贵的经历为她未来的科研生涯奠定了坚实的基础。
跨界:从化学到医学
从香港科技大学博士后出站,在唐本忠院士的推荐下,张静加入南方医科大学郑磊教授的科研团队。这一选择,不仅是她科研生涯的一次重要跨越,更是她将化学与医学交叉研究成果应用于临床实践的关键一步。
与唐本忠院士(左)合照
“医学要发展,科研和临床是两个重要推手。关键技术的突破不仅需要基础研究助力,也需要与临床应用协同推进。”在南方医科大学,张静的研究方向发生了重大转变。她开始将化学领域的知识和技术与医学实际问题紧密结合,致力于开发新型发光体系,并应用于重大疾病的诊疗中。
这一转变并非一帆风顺,面临着极大挑战。从纯化学研究转向与医学结合的研究,需要她快速掌握医学领域的相关知识。张静明白,只有深入了解临床需求,才能开发出真正有应用价值的新型材料。于是,张静一方面开始恶补医学知识,另一方面忙着广泛地和医生们“交朋友”。她开始与医院的临床医生密切合作,倾听他们的需求,了解临床诊疗过程中遇到的难题。
在与临床医生的交流中,张静深刻体会到了临床需求的紧迫性和重要性。她了解到,在重大疾病的诊疗中,现有的技术和方法存在一定的局限性。例如在肿瘤诊断方面,传统的影像技术虽然能够提供一定的信息,但在分辨率和灵敏度上仍有待提高;在治疗方面,化疗药物往往缺乏肿瘤靶向性,会对正常组织造成损伤,且容易产生耐药性。这些问题,让她看到了新型发光材料在重大疾病诊疗中的巨大潜力。
基于这些临床需求,张静开始和团队开展一系列富有创新性的研究工作。其中,针对已成为全球性公共卫生危机的抗生素耐药问题,张静迈出了坚实的第一步。传统抗生素在面对耐药菌时往往束手无策,张静团队开发的新型光疗材料,通过光动力疗法(PDT),利用特定波长的光激发材料产生活性氧等物质,能够有效杀灭耐药菌。与传统疗法相比,这种疗法具有非侵入性、低全身毒性、副作用小和耐药率极低等优点,已成为一种很有前途的抗菌治疗方法。
在研究过程中,张静遇到了诸多问题,例如如何提高光疗材料的抗菌效果,使其能够针对多种耐药菌发挥作用;如何将材料有效地递送至感染部位,提高治疗效果等。为了解决这些问题,团队成员日夜奋战在实验室里,不断尝试新的材料合成方法和递送策略。他们查阅大量的文献,与国内外同行进行交流合作,借鉴先进的研究经验和技术。
经过无数次的实验和改进,张静团队终于取得了一系列重要成果。他们开发出了一种以三苯胺-吡啶为结构骨架的阳离子AIE活性光敏剂——ITPM。这种光敏剂具有优越的荧光成像能力和优异的抗菌效果,其广泛的抗菌活性在一项涵盖了6种临床上常见的多重耐药(MDR)菌株的多中心、多样本研究中得到了充分证实。这一成果为临床治疗耐药菌感染提供了新的思路和方法,有望缓解抗生素耐药危机。
除了在抗生素耐药领域的研究,张静还在肿瘤诊疗方面下足了功夫。我国恶性肿瘤发病率与死亡率逐年升高,2024年2月,世界卫生组织旗下国际癌症研究机构(IARC)的研究报告揭示,2022年全球新增癌症病例达2000万例,其中中国新发癌症达480万人,占全球的24%,高居全球第一!相当于平均每天超过1万人被确诊为癌症,每分钟有7个人被确诊为癌症。
虽然作为传统治疗“三板斧”的手术、放疗、化疗能够在一定程度上控制癌症,但无法防止肿瘤的转移和复发,还会给患者带来身体上和精神上的巨大痛苦。从传统化疗、放疗,到靶向药时代,再到肿瘤免疫时代,肿瘤的治疗方式逐渐精准、高效,医学家们对于充满潜力的全新治疗方案的研究一刻不曾放缓。
张静说,在现阶段,一个新理论、新疗法的有效研究,就有可能使患者远离病痛的折磨,减少病逝的人数,使万千个即将遭受打击的家庭挽狂澜于既倒。然而,这又是一个非常艰辛的过程,有太长的路线要走,有太多的步骤需要完成,有太多的关卡要过。科学进步的每一步,从基础研究到临床应用,都需要很长的时间,中间还有很多的挫折,最终才会得到一个相对理想的结果。
但是,医学的进步正是建立在研究者的这些大胆尝试之上,每一次探索,机会都会与风险并存,在一切未知的情况下,这关乎研究者的经验和勇气。张静始终认为,面对肿瘤这个非常狡猾的敌人,需要付出百分之二百的努力,每一次探索都有可能取得突破,绝不能轻言放弃。
与传统治疗方法相比,光疗作为一种新兴的重要治疗方法,具有无创性和副作用小的优点。此外,它由于独特的诱导免疫原性能力,近年来引起了广泛关注。聚集诱导发光材料作为光疗的理想载体之一,近年来在光疗应用方面展现出了巨大的潜力。“AIE荧光探针能像萤火虫一样,在血液中精准‘点亮’癌细胞,可以告诉我们哪里有癌细胞,并同时产生活性氧杀死肿瘤细胞。它既可以做诊断,也可以做治疗,还可追踪治疗效果。以进行精确成像引导的癌症治疗。”张静对于这种新疗法充满信心。
与此同时,张静团队针对肿瘤诊疗中AIE材料存在的低吸收率和靶向能力不足的挑战,提出了一种简单而有效的策略,通过引入一价金单元,显著提升了AIE配体的吸收效率和肿瘤靶向性能。这一策略不仅增强了AIE的发光,还提升了非辐射光疗的效能,实现了化疗和光疗的联合,显著提高了抗肿瘤疗效。他们还进一步提出开发将化疗、光疗和免疫疗法“三合一”的一价金AIE体系,以实现更强大的抗肿瘤作用。
在学生眼中,张静始终怀有一颗不断探索新事物的心,天马行空的奇思妙想源源不断地出自她的案头。她关注到肿瘤的早期诊断,各种病原检测都是通过体外诊断的方式进行,就设想是否可以利用新型发光材料的可视化功能,通过技术的创新,开发出更灵敏、更便捷的肿瘤早筛技术,就像新冠检测试剂盒一样,自己在家就能测试,进而为肿瘤的早期发现和治疗提供有力支持。
如果张静的设想可以成为现实,大家再也不用去挤人满为患的大医院,因为在基层医院,甚至在家里就能又快又准地解决问题。对于城镇居民,尤其是乡村的农民,解决了他们看病难看病贵的问题,能够实现早筛查早诊断早治疗。“在‘健康中国’的建设中,让自己的研究工作拥有了时代的意义和重要的价值,这是一件值得骄傲的事情。”张静如是说。
绽放:不忘科技初心
“我们追求的不仅是‘创新’的技术,更应该是‘用心’的技术!”在科研的道路上,张静深知自己的研究成果对于攻克重大疾病、保障人类健康的重要意义,因此始终保持着高度的责任感和使命感。
多年的科研经历让张静明白,一个人走得快,但只有一群人在一起才能走得远。把想法变为现实,将理论研究实现临床转化,光靠一个人肯定是不可能的,这需要一支协同合作的团队,从不同的角度进行深入的工作。张静感叹:“我很幸运,在这样一支团队里,每一天都充满了干劲!”
“让我最开心的就是每个伙伴都很努力,团队的氛围非常好,大家不去争名争利,想的只是努力去解决问题。”团队携手在建设“健康中国”的道路上逢山开路,遇水搭桥,每一步都扎实地走在艰辛但正确的道路上。
张静(前排左三)与学生合照
在投身科研的同时,张静从没有忘记自己高校教师的身份。“在我的求学路上,非常幸运遇见了改变我人生轨迹的导师,在科学的道路上给了我重要的点拨和方向上的指引。”张静表示,“我希望也能像他们那样,对每一个学生因材施教,做好下一代科学和人生路上的引路人。”
受唐本忠院士的影响,在团队人才培养方面,张静也采用了一种“放养式”的管理方式。她给予学生充分的自由和空间,让他们根据自己的兴趣和特长选择研究方向,鼓励他们勇于尝试和创新。同时,她也会定期与学生进行交流和讨论,了解他们在研究过程中遇到的问题和困难,并及时给予指导和帮助。她注重培养学生的独立思考能力和解决问题的能力,让他们在科研实践中不断成长和进步。
或许是因为年龄差距不大的缘故,张静和她团队里的年轻人相处得非常融洽,正所谓亦师亦友。学术研究上,她有着极其严格的要求,但是在科研之外,张静摇身一变,就像家中的大姐疼爱自己的弟弟妹妹一样关怀着这些年轻人。
张静非常重视与科研机构、高校和企业的合作。她认为,科研工作不能闭门造车,需要与外界进行广泛的交流,实现资源共享、优势互补,共同攻克科研难题,推动科研成果的转化和应用。目前,张静的团队同河南大学团队在阿尔茨海默病及脑胶质瘤等脑病研究中已初见成效,双方发挥各自的优势,合作发表了多篇高水平论文。张静希望能够与更多的合作伙伴碰撞出“火花”,共同开展具有重大影响力的科研项目,为人类健康事业作出更大的贡献。
在科研成果转化方面,张静始终保持着清醒的认识。她深知,科研成果只有真正转化为实际应用,才能发挥其最大的价值。因此,她积极推动团队的研究成果向临床应用转化。尤其在新材料和细胞外囊泡技术领域,张静认为这些技术在精准医学中具有巨大的应用潜力。她计划在未来5~10年内,深入研究发光新材料和细胞外囊泡在疾病诊断与治疗中的应用,推动精准医学的发展。
身为一名女性科学家,张静在科研道路上也面临着诸多挑战和困难。在科研工作的高强度压力下,她还需要兼顾家庭的责任。“有‘得’就总会有‘舍’吧!”张静也有她感性的一面,“有的时候也会遇到瓶颈,会感到累,会觉得对孩子有些愧疚,但一想到新型发光材料在重大疾病诊疗中的应用潜力,可以改变千万名患者和千万个家庭的处境,我就有一种被需要的感觉,那种成功后被认可的成就感让我一直有动力坚持走下去。”
实验室的灯光常常亮到深夜,张静有时候会恍惚想起年少时在乡野里追逐萤火虫的场景。“我们的孩子在城市里已经很难看到萤火虫了。”她感叹这个世界的变化之大。诚然,和过去的科研时代相比,当下的社会拥有了更多的便利和选择,但同时也拥有了更多的浮躁和诱惑。张静表示,无论周遭的环境如何,都不应该忘记当年选择做一名科研工作者的“初心”——真正的科学突破,从来不是孤芳自赏的成果,而是能照亮人类健康之路的光。
在采访中,张静多次提到了“时间”,医学研究工作者的工作就是与死神赛跑,尽可能地去为患者赢取时间,因为时间就是生的希望。张静说:“在这条与时间赛跑、与困难决战的跑道上,你放下什么,也不能放下这颗初心!”
专家简介
张静,南方医科大学教授、博士生导师、博士后合作导师,国家高层次青年人才(海外),广东省单细胞与细胞外囊泡重点实验室副主任,南方医科大学高层次引进人才,2021年南方医院杰青培育A类计划入选者,南方医院检验医学科科研组副组长。主要从事新型发光材料的开发及重大疾病的诊疗研究,连续两年(2023、2024)入选斯坦福大学与爱思唯尔数据库发布的年度全球前2%顶尖科学家榜单,迄今为止发表《科学引文索引》(SCI)论文共70余篇,谷歌学术搜索(Google scholar)论文总被引次数3000余次,H因子30。已申请美国发明专利3项,中国发明专利9项,授权美国专利2项,中国专利5项;主持国家自然科学基金、广东省及广州市等科研项目共13项,参与国家自然科学基金多项。
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