微觀世界的瞬間記錄者
——記“青年千人計劃”學者陳縉泉

本刊記者 劉玉杰

微觀世界的瞬間記錄者
——記“青年千人計劃”學者陳縉泉

本刊記者 劉玉杰

時間分辨光譜是指通過記錄到的光譜隨時間的變化，了解在瞬時過程中發(fā)生的事件和過程，從而得到在普通穩(wěn)態(tài)光譜中無法得到的信息。飛秒時間分辨光譜學科的發(fā)展時間很短，上世紀70年代末到80年代初方才興起，到現(xiàn)在也不過短短30多年的光景。

飛秒時間分辨光譜學科剛剛興起時，陳縉泉還是襁褓中的嬰兒。如今，這名“80后”科學家已經(jīng)踏上了這條學科發(fā)展之路，與同仁們一起為中國競逐這一領(lǐng)域的強國之席。

命中注定的選擇

陳縉泉2007年本科畢業(yè)于南京大學，畢業(yè)設計選擇了物理化學領(lǐng)域催化劑材料和催化機理方向。本科畢業(yè)后，陳縉泉選擇前往美國俄亥俄州立大學繼續(xù)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。

“光譜研究是俄亥俄州立大學的特色與強項，我又對理論計算不是很感興趣，所以最終選擇了光譜。”陳縉泉的導師正好從事的是飛秒時間分辨光譜的研究，導師的研究深深吸引了他，于是陳縉泉就此進入飛秒時間分辨光譜的研究領(lǐng)域。

陳縉泉說，從事飛秒時間分辨光譜的研究既是陰差陽錯，也是命中注定，隨著學習與工作的深入，他發(fā)現(xiàn)自己越來越喜歡這個專業(yè)，他說，這是他的幸運。

在俄亥俄州立大學學習兩年后，陳縉泉的導師將實驗室搬遷到了蒙大拿州立大學，而此時陳縉泉還沒有完成博士學位的學習。陳縉泉很喜歡自己從事的專業(yè)方向，于是向?qū)熤鲃诱埨t，將學籍留在俄亥俄州立大學，自己則跟隨導師前往蒙大拿州立大學籌建新的實驗室。

在蒙大拿州立大學工作近5年，陳縉泉得到了極大的鍛煉，在科學研究方面受到了系統(tǒng)的培訓，為今后從事科研工作打下了堅實的基礎(chǔ)。同時，他也收獲了不少對他產(chǎn)生重要影響的良師益友。從導師對他工作與生活無微不至、如父親一般的照顧，到師兄師姐對他溫暖的關(guān)懷，還有他從德國博士后身上學到的嚴謹態(tài)度以及受到的嚴格培訓，這些都是讓陳縉泉受用一生的財富。如今，陳縉泉對于科研問題可謂錙銖必較，不清楚的問題一定要弄明白，這些都得益于他在美國時養(yǎng)成的良好科研習慣。

給DNA分子“拍照”

盡管在國外多年，陳縉泉有著很多見聞感悟，但聊起這些年的經(jīng)歷，他還是更愿意談論自己從事的專業(yè)。

飛秒時間分辨光譜興起于上世紀70年代末80年代初，陳縉泉在美國的導師是這一學科領(lǐng)域的前幾批研究生之一。“這是一個很新的領(lǐng)域，不像傳統(tǒng)的物理化學已經(jīng)發(fā)展了一兩百年，它有很廣闊的發(fā)展前景。”飛秒時間分辨光譜是指光譜的時間分辨水平達到飛秒量級，1飛秒是10的-15次方秒，納秒對于飛秒來說都已經(jīng)算是相當漫長的時間了。在這么短的瞬間，時間分辨光譜要捕捉蛋白質(zhì)或DNA分子進行化學反應的過程。

“這就如同我們用相機連拍籃球運動員投籃的動作，通過一秒內(nèi)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，只不過將時間從一秒推進到幾百個飛秒的速度，同時我們研究的目標不是運動員的投籃過程，而是分子中一些電子或者能量轉(zhuǎn)移過程等。我們追蹤這個過程，就能講清楚化學反應發(fā)生的機理。”

近年來，利用飛秒時間分辨光譜技術(shù)，陳縉泉正在從事一項新穎的研究：通過飛秒瞬態(tài)吸收光譜手段跟蹤DNA分子激發(fā)態(tài)的動力學過程，從而闡明DNA受激以后的能量轉(zhuǎn)移以及可能發(fā)生的化學反應的動力學過程。

脫氧核糖核酸（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?lián)p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(fā)態(tài)，進而發(fā)生化學反應形成有害產(chǎn)物。這項研究對于生物體內(nèi)能量和電子的傳輸，以及生命的起源、進化、變異、外太空生命的探索可以起到重要的指導作用。

“這是一項很新的研究，2000年，這一領(lǐng)域才由俄亥俄州立大學Bern Kohler教授（陳縉泉的博士導師）通過飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)探測到DNA單個堿基激發(fā)態(tài)特性而得以首次突破?！蹦壳?，對于外界環(huán)境以及DNA單個堿基在組成長鏈以后的高級結(jié)構(gòu)對其光物理和光化學特性的影響正在逐漸成為一個世界性的研究熱點。在該領(lǐng)域中，陳縉泉已經(jīng)誕生了4項主要研究成果。

陳縉泉與團隊于2012年首先表征了與DNA本源堿基及其相近的次黃嘌呤和黃嘌呤衍生物的電子激發(fā)態(tài)；隨后又證明了上述分子可以在高頻率振動態(tài)和溶劑分子發(fā)生共振，以熱能散失額外能量。陳縉泉將傳統(tǒng)的圓二色光譜和飛秒瞬態(tài)光譜相結(jié)合，證明了飛秒瞬態(tài)光譜結(jié)合傳統(tǒng)圓二色光譜能夠更準確地測量DNA堿基間垂直重疊相互作用對DNA激發(fā)態(tài)能量散失的影響。

此外，他還首次成功準確測量出雙鏈DNA激發(fā)態(tài)的能量散失過程。

“正是因為這是一門歷史很短的學科，所以它才擁有更廣闊的發(fā)展空間，在與其他學科領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)中，碰撞出更多價值?！标惪N泉說。

做喜歡的事不疲倦

2014年，陳縉泉從一位導師那里得知，華東師范大學精密光譜科學與技術(shù)國家重點實驗室，已經(jīng)開始著手建立生物光子學領(lǐng)域的研究團隊，正好需要年輕人加入。導師介紹，這是一個非常好的平臺，如果陳縉泉愿意回國，可以來華東師范大學考察一下。

當年9月，陳縉泉受到華東師范大學的邀請，一方面回國考察實驗條件，一方面參加面試，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(shù)國家重點實驗室，同年入選國家“青年千人計劃”，全職回國，正式開展在祖國的科研工作。

談到回國，陳縉泉認為這是自然而然的事情?！敖陙?，國家對科研的投入日益增加，國內(nèi)的科研條件甚至在某些方面超越了美國。在同等條件下，為什么不選擇一個能夠說母語、能與家人團聚、能為祖國做更多貢獻的環(huán)境呢？”

回國后，陳縉泉在國家重點實驗室結(jié)識了不少和他一樣的年輕人，這群年輕人無論在科研能力還是科研態(tài)度上都“絕對不輸國外的年輕人”，這讓陳縉泉很快就融入了回國后的科研工作?！翱梢哉f，我們中華民族的特性使得科研工作者比美國的科研工作者更努力、更拼命。在同等條件和水平下，只要我們肯付出時間和精力，我相信我們在未來會有更多的產(chǎn)出，更好的成果?！?/p>

陳縉泉說，現(xiàn)在國家重點實驗室大概已經(jīng)擁有八九個很好的實驗平臺，但生物分子飛秒瞬態(tài)吸收光譜領(lǐng)域，還沒有一個實驗平臺。“我希望能利用自己在美國籌建實驗室的經(jīng)驗，盡快將這個平臺搭建好，依托平臺進行國際合作，開展DNA或蛋白質(zhì)動力學過程的研究。”談起自己的規(guī)劃與理想，陳縉泉興奮不已，微觀世界里瞬息萬變的故事牽引著他的腳步，讓他走得更好更遠。