深圳商报2019年1月16日讯 （记者吴吉/文陈锡明/图）一个“显微镜”有多贵？答案是千万或者上亿元。
在南方科技大学冷冻电镜中心一栋普通科研楼里，就藏着这些身价惊人的“大家伙”。这些“宝贝”被精心呵护，娇贵得甚至容不下一点噪音。与此同时，科学家通过它们，不停地读取着生命科学、新材料、新能源研究领域中不可或缺的重要密码。
2018年11月19日，南科大冷冻电镜中心正式揭牌。全部建成后，这将是我国配套最齐全、最先进的冷冻电镜实验室，同时规模也将跻身世界前三。近日，深圳商报记者走进这里，探访这些表面低调却内有乾坤的“大显微镜”。
6台机器世界先进，还有“独家定制”
南科大冷冻电镜中心是深圳市政府出资、南科大牵头建设的重大基础科学设施平台，旨在支撑深圳市、粤港澳大湾区及中国南方在生物医药、精准医疗、新能源、新材料方面的科学研究及产业升级。
南科大冷冻电镜实验室拟安装300千伏冷冻电镜6台及其它71台/套相关辅助仪器和样品制备设备。目前，项目一期的2台300千伏冷冻电子显微镜已经完成安装调试，投入使用。据南科大冷冻电镜实验室主任王培毅教授介绍，这6台设备都是世界上最先进的，其中还有一台是南科大冷冻电镜中心根据需求“独家定制”的，可以说是“世界唯一”。
2017年诺贝尔化学奖得主理查德·亨德森曾预言，这里将会成为全球最大的三个冷冻电镜中心之一，未来的研究能力将会达到全球的前5%。
在全球范围，冷冻电镜近几年热度飙升，成为科学界“兵家必争之地”。2017年诺贝尔化学奖颁给了在这个领域做出贡献的三位科学家，更是说明冷冻电镜炙手可热。那么，究竟什么是冷冻电镜？王培毅教授告诉记者，冷冻电镜是电子显微镜的一种，它的工作原理和光学显微镜类似，也是通过光与样品的相互作用而成像。只是冷冻电镜所用的光源不是人们平时见到的可见光，而是电子。由于波长的限制，可见光的分辨率一般是1500倍以下，而电子的波长非常短，大约是普通光波长的十万分之一左右，因此冷冻电镜的分辨率可以达到更高的程度，能够直接观测到蛋白质分子一类的生物大分子的精细结构。
以生物医药领域的应用为例，冷冻电镜技术就是“把组成动、植物的蛋白用生物学的方法取出后，以快速冷冻的方式冷冻到液氮温度（－196度），这样可以保持蛋白的活性。在这种状态下用冷冻电镜观察活蛋白，可以达到零点几纳米的分辨率，由此准确判断药物靶标的位置，并根据药物靶标来开发新药。”因为可以“看”得更精细，所以冷冻电镜技术在很多领域都被广泛应用，被视做是材料科学、生命科学等学科基础研究的利器。
“目前，全国购置的冷冻电镜有27台，主要集中在北京、上海等地。我们购买的冷冻电镜，根据研究的领域不同有所侧重，有些偏重于材料科学，有些偏重于生命科学。我们定制的那一台‘世界唯一’的冷冻电镜，就是希望它能够在重大疾病的诊断方面发挥作用。”王培毅教授告诉记者，2019年将是南科大冷冻电镜中心非常重要的一年，除了定制的那一台冷冻电镜外，其他购置的电镜将陆续到位，安装、调试后，电镜中心的工作将在2020年迈上新台阶。
“大家伙”很娇贵也很辛苦
隔着玻璃，记者顺着王培毅教授的指引，看到了目前已经使用的两台冷冻电子显微镜静静矗立。但是，近300平方米的机房内，却没有工作人员忙碌的身影。
这是为什么？“首先，我们的机房内一般是没有人的，工作人员的工作都通过计算机远程操控完成，只在装样品的时候才进入十几分钟。另一个原因是，今天实验室内有施工，考虑到施工带来的噪音会影响电镜工作，所以今天我们不提取数据。”王培毅教授的解释让记者大吃一惊——这些“身材魁梧”的“大家伙”，原来是一点噪音都会受影响的“娇小姐”！
因为冷冻电镜十分精密，所以对环境的要求很严苛。据王培毅教授介绍，为了减少振动带来的影响，机房的地面厚度约1米，且是独立建设的，跟周围建筑物完全分离，甚至连空调的风速都必须严格监控。机房内必须经过严格的消磁，在里面是没有手机信号的。机房内的温度、湿度都恒定，温度变化每小时不超过0.2℃。还有一个房间专门用来制作样品，房间内的湿度保持在20%，因为只有在这样相对干燥的环境里才能保证样品的质量。如此小心翼翼地“伺候”，就是为了让冷冻电镜更好地运转、工作。要知道，除了每个月两天的维护、保养时间外，冷冻电镜可是24小时连轴转的。
“冷冻电镜与普通材料电镜最大的不同在于，冷冻电镜的结果是统计结果，需要大数据。普通的材料电镜，拍一张照片就有结果，但冷冻电镜需要拍成千上万的照片，然后用统计学的方法把结果算出来。这也就说明了，为什么一般机构购置冷冻电镜都需要两台以上，因为它要解析一个样品，需要几十个小时甚至更长的电镜时间。”冷冻电镜的相机灵敏度有多高？王培毅教授打了一个比方——相当于在几万公里的高空可以看到桌子上的一瓶水。这些高精度的照片存储量惊人，“一台电镜一天就能采集2T以上的数据量”，而后的数据分析和解读无疑也是一项巨大的工程。
期待中国原创靶向药从这里走出
这几台世界先进的“大家伙”，究竟能为老百姓带来什么？
王培毅表示，在生活水平日益提高的情况下，健康成为人人关心的焦点。对于深圳而言，下一阶段的城市发展，生物医药和健康产业将是巨大的“增长点”。南科大建设世界一流的冷冻电镜中心，目的就是通过利用国际最先进的科学技术，发展基础科学研究，聚焦重大疾病诊断、新药开发、精准医疗、功能材料研发和基础学科建设等领域，促进深圳新材料、医疗卫生、健康产业和高等教育的发展，同时积极服务于国家战略需求，造福百姓。
尽管冷冻电镜未来在许多领域都有很大的应用空间，但在王培毅心目中，冷冻电镜研究的终极目标还是为了人类的健康事业。“想要解决重大的疑难疾病的治疗问题，就必须要研发药物，然而药物的研发过程极其漫长，从研发到上市一般需要历经十年。治疗白血病的药物研发前后则是经历了近100年。而冷冻电镜可以通过低温冷冻技术，观察活的原始样本，进而用于研究致病机理，例如发现癌症的致病机理，从而推动癌症等重大疾病的诊断和治疗，极大地缩短制药的时间。”王培毅教授说，自己的最大心愿就是缩短靶向药物的研发时间，助力中国研发自己的原创药。
除了生命科学领域的课题外，目前南科大冷冻电镜中心的研究重点还有新能源和新型化合物。此外，实验室还将积极开展多学科交叉研究，并与学校已经建成的X射线晶体学平台、生物质谱蛋白质组学分析平台形成互补，开展国际上最前沿的蛋白质科学研究，为结构生物学、细胞生物学、神经科学，化学、材料科学等领域搭建交叉学科平台。
“各个学科对于冷冻电镜的需求是十分巨大的。目前我们还未全面对外开放，但排队的样品已经排到了春节以后。”这个春节，王培毅教授和他的团队将在忙碌中度过了……