未来科学重大突破藏在学科缝隙里-需要交叉来照亮 (未来科学发展趋势)

能不能通过手机控制捕蝇草叶片的开合？9月13日举行的2026浦江创新论坛“未来交叉研究论坛”上，新加坡南洋理工大学教授陈晓东讲述了自己是如何实现这个“异想天开”想法的——离开学科交叉，这可能只是个“有点大的脑洞”。

论坛上，原子尺度的纳米材料、细胞里的遗传密码、穿透生物组织的近红外光……一个个看似无关的研究方向，最终都指向同一个判断：未来科学的重大突破，将更多诞生在学科交界处。

上海尚思自然科学研究院院长鲁白在论坛致辞中表示，要敢于研究那些“非共识”但可能重大的问题——它们往往藏在既有学科之间的缝隙里，需要不同知识体系的碰撞才可能被照亮。

纳米改变世界的“野心”有多大

“既要看得到、看得清，又要能摸得到、控得住。”中国科学院院士、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所所长陈春英用这句话概括纳米科学的全部“野心”。

“古人并无纳米概念，却已在无意识地使用纳米工艺。”陈春英说，2500年前越王勾践剑表面的硫化物纳米层、古罗马莱克斯杯中金银纳米颗粒，都已证明纳米材料的神奇功用，但这门学科真正起步，要到1959年费曼提出“从原子和分子尺度加工材料”。

2022年9月，“纳米科学与工程”才被正式列入我国交叉学科门类下的一级学科。陈春英认为，如今它正从“支撑单一学科” 的技术转变为“一种能力”——我国已建起上海光源、合肥陷阱光源、怀柔高能光源等大科学设施，纳米科技发展拥有了一流工具；原子级极限制造正在实现物质在纳米尺度的结构组装，以尺度调控、跨尺度连接为核心，正持续催生新原理、新材料、新器件和新技术，并广泛赋能先进材料、生命健康、航空航天等领域，成为科技创新与产业升级的底层技术支撑。

“近30年来，纳米技术已成为全球各主要国家和地区投入巨资抢占的战略高地。”陈春英以生物医学为例说，纳米科技正推动生物医学形成实时监控、高效递送、可控干预和智能设计等新能力，脂质体纳米载体就是mRNA新冠疫苗的核心技术之一。

陈春英表示，未来纳米科技的竞争焦点，将由单一材料性能突破转向跨尺度、跨学科和跨系统的综合能力竞争，全球政策重点将转向纳米科技的战略支撑作用。

近红外光“窥探”生命有多难

复旦大学化学系教授张凡的报告以一个“跑题”的故事开场：一场科普论坛上，人们因“海拔越高，离太阳越近，为什么反而更冷”的问题起了争论。最后，大家发现这可能是个物理化学问题，而现场偏偏没有物理化学家——“这或许就是学科交叉的意义，照亮学科缝隙间的盲区”。

张凡想要解决的问题是让光穿透生物活体。从1905年染料分子获诺贝尔化学奖起，可视化一直是生命科学的基石。然而，迄今为止，绝大多数研究仍停留在体外——生命体系本身仍是一个黑箱，研究者很多时候都在“盲人摸象”，如何破局？

众所周知，近红外光在生物活体成像领域有着天然优势，因为生物组织在这个波段对光的吸收与散射较小。可是，要让近红外探针分子发光，却需要较强激光才行。张凡团队通过生物与化学的学科交叉，解决了这个难题：开发出高亮度近红外探针，能在弱光照射下实现更清晰的生物成像。

“我们不仅把有机小分子探针做到约1400纳米，开发出30多种水溶性长波探针，还可切换20种颜色。”张凡说，他们已成功隔着颅骨，实时记录下脑卒中患者的中性粒细胞向病灶迁移、甚至逸出血管的全过程。

“看见”的过程让技术价值凸显——目前这一技术将用于肿瘤手术导航，另有两个探针已被国际医学影像企业看中，正在推向临床。

与临床医学交叉，让张凡团队收获了更多意外发现。他们在人肝组织中发现内源性长波发光物质，癌组织反而“不发光”。由此，他们开发出一种基于“负成像”的诊断方法，正在推进多中心临床试验。

手机控制捕蝇草需要怎样的学科交叉

屏幕上，一部手机、一株捕蝇草，科研人员轻点手机，叶片应声闭合。

陈晓东用这个略带俏皮的实验，切入生物电子学。“电子世界讲的是0和1，生物世界讲的是离子信号。这好比一个人说中文，另一个说英文，所以需要翻译。”他说，这个“译者”的角色始于1780年通过电流让青蛙腿抖动的医生加尔瓦尼。如今，生物电子学催生出了心脏起搏器、连续血糖监测仪、脑机接口等一系列前沿医学设备。

在陈晓东看来，生物电子学有两大难点：一是力学适配，人体从软如豆腐的脑组织到坚硬的骨骼，弹性模量跨越6个数量级；二是信号适配，也就是如何将分子信号变成数字信号。他本人就是“学科交叉”的典范：本硕学的是化学，却在物理系读博、在材料系与电子工程系任职，又兼任医学院教职。基于如此宽广的学科背景，陈晓东在南洋理工大学建起从材料、器件、集成到验证、转化的一条龙平台，做出5微米厚、可随意弯折的柔性金电极。

取得成果后，陈晓东团队继续让研究沿着交叉路线生长：他们把电极贴到植物上，第一次将含羞草的电信号传递可视化，由此定义了“植物电子学”；他们还利用电极“脑控”假肢，捏起直径1.5厘米的蜡烛，并把算法数据量大幅压缩，实现跨受试者通用；他们甚至还尝试将气味感知数字化。

这些令人眼前一亮的成果，无不源于交叉研究。在陈晓东看来，交叉研究的关键是要先定义一个好的科学问题，再围绕问题搭建团队。同时，这个问题不仅仅为了一个项目而合作，而应实现一个理念。

论坛上，听了张凡的报告，陈晓东已在心中盘算如何与张凡合作，把近红外光学与自己的器件结合——“讲者无意，听者有心，交叉研究的火花往往就是这样碰撞出来的。”

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