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陳縉泉:眼觀微世界 心有大未來     王 侃 張小樂    2021年03月26日11:11

今天人類科學和知識的前沿在哪裡?2018年,《科學》創刊125周年時,作為紀念,歸納出了125個當今最近挑戰性的前沿科學問題,其中70%的問題來自生命科學和物理學。這兩個學科有一個共同特點,他們的研究對象要麼是難以想象的極微、極瞬的世界,要麼是宏大到同樣難以想象的天體、宇宙和進化、生命的復雜巨系統。科學是一個通過觀測檢驗的知識系統,科學的邊疆就在觀測的邊界上,觀測能力的前進本身就是科學邊疆的拓展。而今天的科學早已不在列文虎克依靠自己磨出的鏡片就能獲得新知識的時代了,觀測本身就是對人類智力和技術的極限挑戰。民革黨員陳縉泉就是在人類視界極限處,為我們開拓觀測邊界的科學戰士中的一員。

  陳縉泉是華東師范大學精密光譜與技術國家重點實驗室教授,他的研究對象是飛秒時間分辨光譜技術。飛秒是一種時間單位,1飛秒隻有1秒的一千萬億分之一。在這樣的時間尺度上,在我們的想象力能夠窮極的范圍之外,微觀世界也依然是變化不居的。研究這種運動的發生、發展的機理,就需要利用時間分辨光譜,通過記錄光譜隨時間的變化,了解在瞬時過程中發生的事件和過程,從而得到在普通觀測中無法得到的信息。

業精於專而興於勤

  陳縉泉本科畢業於南京大學化學專業,畢業設計選擇了物理化學領域催化劑材料和催化機理方向。本科畢業后,陳縉泉赴美國俄亥俄州立大學繼續攻讀博士學位,他選擇的方向依然是自己感興趣的物理化學方向,研究方向是採用飛秒瞬態光譜研究分子激發態動力學過程。之所以選擇這個研究方向,陳縉泉說:“學科從興起到現在發展隻有短短30多年的光景,但正是因為歷史很短,所以它才擁有更廣闊的發展空間,在與其他學科領域的關聯中,碰撞出更多價值。”

  飛秒時間分辨光譜興起於20世紀70年代末80年代初,1999年飛秒化學研究獲得了諾貝爾化學獎,陳縉泉在美國的導師是這門學科前幾批研究生之一。畢業后,陳縉泉先后在美國蒙大拿州立大學、埃默立大學做博士后研究員。但是他常常感到,在國外終究是給別人打工,很難找到一種內心的認同感。正好他從一位導師那裡得知,華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室正著手建立生物光子學領域的研究團隊,需要年輕人加入。此后,陳縉泉受到華東師范大學的邀請,回國考察實驗條件,參加面試,雙方一拍即合。2015年,陳縉泉由華東師范大學雙百計劃“紫江青年學者”引進精密光譜與技術國家重點實驗室,緊接著他於2016年受國家“千人計劃”青年項目資助。

  “工作和事業還是有區別的,業精於專而興於勤,我回國打定主意想要做好一番事業。”陳縉泉坦言。就這樣,在美國學習工作8年后,他毅然決定回國,正式開展在祖國的科研工作。

微觀世界的瞬間記錄者

  “分子、原子很小,肉眼是看不到的,而且它們運動很快,要想捕捉到它們的運動,就需要快門速度非常快的‘相機’。”“這就如同我們用相機連拍籃球運動員投籃,通過一秒內連拍的多張照片,我們能夠記錄運動員起跳、投籃、進框等一系列動作。時間分辨光譜的原理和它類似,隻不過將時間從一秒推進到幾百個飛秒的尺度,同時我們研究的目標不是運動員的投籃過程,而是分子中電子或者能量轉移的過程。我們追蹤這個過程,就能講清楚化學反應發生的機理。”陳縉泉說。

  陳縉泉就是利用飛秒時間分辨光譜技術,通過飛秒瞬態吸收光譜手段跟蹤DNA分子激發態的動力學過程,從而闡明DNA受激以后的能量轉移以及可能發生的化學反應的動力學過程。“通俗來講,就是研究分子在飛秒量級這麼短的時間內,受到光的刺激后怎樣進行能量或者電荷轉移,進而研究后續發生的化學變化。”

  這項技術看似離生活很遠,但研究成果卻和人們的日常生活息息相關。大家都知道夏天去海邊玩要涂防晒霜,否則就要被晒黑。這是因為太陽光裡有紫外線,會被皮膚吸收,我們看不到紫外線,當發現晒黑時,皮膚已經受到傷害了。“我研究的就是光刺激到皮膚以后,化學反應是如何發生的,原理是什麼,在什麼樣的條件下會發生,在什麼樣的條件下不會發生……當研究清楚這些問題后,簡單的可以告訴生產防晒霜的公司怎麼做防晒霜比較好,或者告訴開發藥的公司要添加何種藥物成分才能更好治愈晒傷。”

  研究的意義當然不限於此,DNA是地球上幾乎所有生物基因的載體,組成DNA的四種脫氧核苷酸均對紫外線有著強烈的吸收。生物基因光致損傷的主要原因就是因為脫氧核苷酸受到紫外刺激后形成電子激發態,進而發生化學反應形成有害產物。這項研究對生物體內能量和電子的傳輸,以及生命的起源、進化、變異、外太空生命的探索起到了重要的指導作用。

在傳承和學習中前行

  陳縉泉是民革上海市委會去年發展的4位高層次人才之一。雖然還是一名新黨員,但有著深厚民革淵源的他對於民革並不陌生。“我的祖父是民革的,他是重慶當地的一名醫生,小時候他經常會給我講述那段歷史,這也潛移默化地影響著我”,談起對民革的了解,陳縉泉從小就耳聞目染,他的父親是西南師范大學的教師,書房裡收藏著許多關於民革的資料,陳縉泉沒事就拿出來翻閱。“加入民革對我來說是一種傳承,更是一種學習,家人都非常支持。可能像我這種專業背景的人在民革比較少,我可以發揮我的所長,為參政議政工作提供一些新的視角”。

  談及未來如何更好的履職,陳縉泉表示,一方面要立足本職、潛心鑽研,為上海科創中心建設貢獻力量,另一方面也要關心社會問題,建言獻策。“如果有機會,想積極參與社會服務工作,我們常常講教育平等,我想自己能不能在教育方面做些力所能及的事情。”他說,“我想以我自己的經歷,告訴貧困地區的孩子們,‘世界那麼大,你們應該去看看’,而讀書和學習就是一種看世界的方法。”

  目前,陳縉泉已在生物分子激發態反應動力學以及半導體納米材料載流子動力學方面取得了一系列的研究成果,在Science等國際權威期刊發表了論文57篇。其代表性論文被美國JACS周刊連續兩次推薦為熱點文章。

  如今,這名“80后”科學家正在這條學科發展之路上與他的同仁們一起為中國競逐這一領域的強國之席而努力著。■

  (王侃,張小樂,民革上海市委會宣傳部干部/責編 張棟)

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