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　　最近，《科學(xué)》子刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表了一篇論文，來自中國科學(xué)院微觀磁共振重點實驗室的科研人員報道，他們實現(xiàn)了對細(xì)胞原位鐵蛋白分子中鐵離子的磁性自旋成像，將原位蛋白質(zhì)磁成像分辨率推進(jìn)到了10納米以下。
　　領(lǐng)銜這項研究的中科院院士、中國科技大學(xué)副校長杜江峰告訴《中國科學(xué)報》：“這項成果是用我們自己研發(fā)的譜儀做出來的，將為未來實現(xiàn)細(xì)胞原位蛋白質(zhì)納米級磁共振成像奠定重要基礎(chǔ)。”
　　過去五年里，杜江峰帶領(lǐng)的團(tuán)隊受到國家自然科學(xué)基金委員會（以下簡稱自然科學(xué)基金委）的國家重大科研儀器研制項目支持，成功研發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的“多波段脈沖單自旋磁共振譜儀”。在最新發(fā)表的論文中，研究人員正是在這臺譜儀功能基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)了成像功能而取得成果。
　　回顧五年歷程，不僅科學(xué)研究取得了原理和技術(shù)上的“雙創(chuàng)新”，科研基金管理也取得了豐碩的經(jīng)驗。自然科學(xué)基金委數(shù)理科學(xué)部物理科學(xué)一處副處長倪培根告訴《中國科學(xué)報》：“自然科學(xué)基金委對項目遴選和資助有嚴(yán)格程序，并通過成立管理工作組為項目實施保駕護(hù)航，最后在結(jié)題驗收環(huán)節(jié)嚴(yán)格‘把關(guān)’?！?br/>　　嚴(yán)格遴選：指標(biāo)先進(jìn)、團(tuán)隊有“鉆勁兒”
　　提到磁共振，人們往往想到的是醫(yī)學(xué)上的一種檢查方式。這種檢查在強(qiáng)大磁場的作用下，記錄組織器官內(nèi)氫原子的原子核運動，經(jīng)計算和處理后獲得檢查部位圖像，可以用來判斷人體器官是否病變。
　　然而，當(dāng)前通用的傳統(tǒng)磁共振儀器受探測原理限制，研究對象通常為百億個分子，成像分辨率通常為毫米量級，只能測量大量分子的統(tǒng)計平均信息，無法觀測到單個分子個體單元的獨特信息。實現(xiàn)單分子磁共振，對于疾病早期診斷以及物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域都有積極促進(jìn)意義，是一種變革性的技術(shù)手段。
　　“這就需要我們從原理上另辟蹊徑，采用新的探測原理，設(shè)計一種新的磁共振譜儀。”十多年前，從事自旋磁共振研究的杜江峰就意識到了這個問題。量子技術(shù)為他打開了新的思路，他沿著這條道路堅持走了下去。
　　2012年，杜江峰帶領(lǐng)團(tuán)隊在科學(xué)儀器研制方面完成了中科院科研裝備研制項目“脈沖式電子順磁共振譜儀的研制”，研制成功我國首臺自主知識產(chǎn)權(quán)的脈沖電子順磁共振譜儀。
　　隨后，杜江峰向自然科學(xué)基金委提出了國家重大科研儀器研制項目“多波段脈沖單自旋磁共振譜儀”的申請，目標(biāo)直指領(lǐng)跑國際單分子磁共振研究。
　　根據(jù)自然科學(xué)基金委相關(guān)資料，國家重大科研儀器研制項目旨在“鼓勵和培育具有原創(chuàng)性思想的探索性科研儀器研制”“為科學(xué)研究提供更新穎的手段和工具”。因此，申請這類項目需要“過五關(guān)斬六將”：首先要通過依托部門遴選推薦，再經(jīng)過專家同行評議、科學(xué)部專家咨詢委員會答辯、國家重大科研儀器研制項目專家委員會會議評審，以及現(xiàn)場考察、資金預(yù)算評審后，最終報送到委務(wù)會審批。
　　經(jīng)過上述程序，由于研制指標(biāo)先進(jìn)、創(chuàng)新性強(qiáng)，團(tuán)隊具有多年的前期研究積累等因素，杜江峰團(tuán)隊獲得了項目資助。
　　自然科學(xué)基金委數(shù)理科學(xué)部副主任蒲鍆介紹：“杜江峰團(tuán)隊提出的科學(xué)思想具有‘原創(chuàng)性’，該團(tuán)隊研究基礎(chǔ)深厚，過去十年來，他們陸續(xù)獲得面上項目、重點項目、國家杰出青年科學(xué)基金等項目資助，這正體現(xiàn)出自然科學(xué)基金完備的資助格局?！?br/>　　過程管理：以“好用”為目標(biāo)
　　2013年1月，該項目正式啟動。杜江峰團(tuán)隊瞄準(zhǔn)現(xiàn)代科學(xué)在單分子層面上對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行探索的迫切需求?！笆澜绶秶鷥?nèi)沒有任何已有設(shè)備對應(yīng)，這將是一臺完全原創(chuàng)型的科學(xué)儀器?！倍沤甯嬖V《中國科學(xué)報》，“一旦研制成功，能夠顯著提升磁共振技術(shù)的靈敏度和分辨率，是具有變革性意義的新穎科學(xué)儀器，將促進(jìn)廣泛學(xué)科領(lǐng)域的前沿研究?！?br/>　　為了確保這臺儀器能夠真正發(fā)揮作用，科研團(tuán)隊先后開展了兩項工作?！笆紫缺贾鴥x器的科學(xué)和技術(shù)指標(biāo)去，項目研發(fā)的大部分時間用在達(dá)到單核自旋探測靈敏度這一主要目標(biāo)上?！倍沤褰榻B。在項目后期一至一年半中，團(tuán)隊著力于儀器的集成、穩(wěn)定性和易用性，始終把“好用”作為首要要求。
　　而自然科學(xué)基金委在立項之初便非常注重儀器的創(chuàng)新性、科學(xué)用途和技術(shù)方案的可行性。
　　倪培根介紹，在項目獲得資助后，自然科學(xué)基金委成立管理工作組和監(jiān)理組，為項目順利實施“保駕護(hù)航”。“監(jiān)理組由項目依托部門組建，側(cè)重進(jìn)程監(jiān)督和發(fā)現(xiàn)問題?！彼f，“管理工作組的主要任務(wù)是針對發(fā)現(xiàn)的問題，提出解決方案。”
　　研制過程中，監(jiān)理專家定期檢查儀器研制的進(jìn)度，與項目組討論碰到的問題并提供建議。項目執(zhí)行第二年，監(jiān)理組組長、中科院電子所研究員王富良發(fā)現(xiàn)微波輻射結(jié)構(gòu)頻譜寬度范圍不夠明確，須進(jìn)一步論證該部件的設(shè)計方案。項目組根據(jù)這一建議及時調(diào)整，保障了該部件的順利研發(fā)和項目的整體實施進(jìn)度。
　　五年里，科研團(tuán)隊在這一項目中取得了原理和技術(shù)上的“雙創(chuàng)新”。在原理上，研究人員采用了“單電子自旋量子干涉儀”的探測原理?！拔覀儼雁@石中的一種缺陷作為‘量子傳感器’，通過量子操控構(gòu)建出一個‘單電子自旋量子干涉儀’?！倍沤褰榻B。
　　這樣，將被測量的分子靠近鉆石傳感器時，微弱的磁信號轉(zhuǎn)化為量子干涉儀的相位信息，再通過量子操控實現(xiàn)放大，最終讀取到單分子的磁信號。
　　要做好“單電子自旋量子干涉儀”并提升其探測靈敏度，研究團(tuán)隊還實現(xiàn)了多項技術(shù)上的創(chuàng)新。包括使用“動力學(xué)解耦技術(shù)”抑制環(huán)境噪聲的影響等。
　　此外，項目結(jié)題驗收也在嚴(yán)格程序下進(jìn)行。“自然科學(xué)基金委組織專家按照計劃書對技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試，指標(biāo)不能低于原計劃指標(biāo)。通過嚴(yán)格把關(guān)，保證研制儀器順利完成并且好用?！蹦吲喔f。
　　杜江峰表示，結(jié)題驗收時，這臺譜儀在所有關(guān)鍵指標(biāo)上都達(dá)到并且優(yōu)于既定目標(biāo)，實現(xiàn)了單核自旋探測。
　　流程創(chuàng)新：邊研制邊科研
　　隨著科學(xué)前沿不斷發(fā)展，基礎(chǔ)科學(xué)研究的發(fā)展將高度依賴科研儀器的水平。長期以來，我國高端科研儀器研發(fā)存在短板，與科研需求間已形成鴻溝?！把兄苾x器的人員不懂相關(guān)的科學(xué)研究，科學(xué)研究的人員不懂得相關(guān)的儀器設(shè)備怎么研制?！狈治鲈颍沤宓玫搅诉@樣的結(jié)論。
　　為此，研究團(tuán)隊提出了“邊研制邊科研”的流程創(chuàng)新，將譜儀研制和其前沿科學(xué)應(yīng)用相結(jié)合、互相促進(jìn)。通過科研來驗證研制思路和技術(shù)路線的正確性，同時加強(qiáng)了與多個學(xué)科領(lǐng)域研究人員的交流。在杜江峰看來，這些工作是譜儀研制成功后能夠真正落實到相關(guān)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用的保證。
　　自然科學(xué)基金委設(shè)立儀器研制項目的初衷是通過儀器研制促進(jìn)我國原創(chuàng)性科學(xué)研究的開展，實現(xiàn)并跑乃至領(lǐng)跑國際前沿領(lǐng)域。事實證明，“邊研制邊科研”的創(chuàng)新使得該項目達(dá)到了這一預(yù)期效果。這臺自主研發(fā)的儀器在科學(xué)實驗中表現(xiàn)不俗，在微觀尺度磁共振譜學(xué)及其與生物、物理、信息等前沿學(xué)科交叉研究領(lǐng)域取得了一系列原創(chuàng)性科學(xué)研究成果。
　　2015年，他們在國際上首次獲取了直徑約5納米的單個蛋白質(zhì)分子的順磁共振譜，解析出其動力學(xué)信息，成功將電子順磁共振技術(shù)分辨率從毫米推進(jìn)到納米，靈敏度從上百億個分子推進(jìn)到單個分子。
　　這項成果在《科學(xué)》上發(fā)表。雜志發(fā)表評論稱該工作“實現(xiàn)了一個崇高的目標(biāo)”，“是通往活體細(xì)胞中單蛋白分子實時成像的重要里程碑”。同時，這項成果還入選了2015年度中國科學(xué)十大進(jìn)展。
　　2018年，他們在國際上原創(chuàng)性地提出了基于量子技術(shù)搜尋超越標(biāo)準(zhǔn)模型新粒子的新方法并以實驗實現(xiàn)，被國際學(xué)術(shù)界評為能夠在實驗室尺度尋找新粒子的四個重要方法之一，開辟了實驗探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型新物理的新方向。
　　此外，團(tuán)隊還發(fā)表了SCI論文66篇，其中包括《科學(xué)》1篇、《自然》1篇、《自然》 子刊9篇。
　　作為項目管理者，自然科學(xué)基金委對此給予了高度肯定?！霸趦x器項目子系統(tǒng)研制成功或者研制達(dá)到部分指標(biāo)時，就可以開展研究工作了，可能產(chǎn)出很好的研究成果?！蹦吲喔忉?。
　　杜江峰建議，將“邊研制邊科研”的流程推廣到其他科研儀器的研發(fā)中?！熬唧w實施中，儀器研制團(tuán)隊?wèi)?yīng)與儀器的潛在用戶增進(jìn)交流與合作?！彼f。
　　高端科學(xué)儀器將極大促進(jìn)前沿科學(xué)研究，這是杜江峰團(tuán)隊在承擔(dān)這一項目中最深刻的體會?？茖W(xué)家們期待，這一高端科學(xué)儀器的產(chǎn)業(yè)化布局盡快開展，讓國內(nèi)更多科研團(tuán)隊盡快用上這一新穎儀器。
　　此外，杜江峰希望，通過譜儀的成功研制和轉(zhuǎn)化，為高端科學(xué)儀器國產(chǎn)化探索出一條適合的道路?！爱?dāng)前我們能夠跟國外競爭者站在同一起跑線來發(fā)展。”杜江峰強(qiáng)調(diào)，“形勢很緊迫，國外已經(jīng)有近十家相關(guān)的企業(yè)在布局這一領(lǐng)域?！睋?jù)了解，國內(nèi)國儀量子（合肥）技術(shù)有限公司正在與杜江峰團(tuán)隊合作，重點圍繞該譜儀在材料科學(xué)方面的應(yīng)用，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。
　　（原載于《中國科學(xué)報》 2019-04-29 第4版 自然科學(xué)基金)