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程京“小”芯片书写“大”人生

2013-05-25 07:37:00 新广兴娱乐 
程京“小”芯片书写“大”人生

  他,从一名内燃机工厂设计员到生物芯片研究者,从工程科学跨入生命科学,完成了一个似乎不可能完成的人生跳跃;

  他,用了10年时间,亲手打造出生物芯片的“中国速度”,推动和见证了中国生物芯片的快速发展历程,完成了一个学者的产业报国梦想;

  他,没有生物专业背景,却拿到了我国留学生中的第一个司法生物学博士学位,并于46岁那年成为工程院医药卫生学部院士。

  程京“小”芯片书写“大”人生

  一次又一次站在人生的新起点上

  1979年的夏天,16岁的程京违背家人意志,独立作出了一次重大的人生抉择。

  程京的家里有着浓厚的医学氛围,母亲是传染科医生,姑姑和嫂子也是医生,她们都希望程京学医。于是,程京的10个大学志愿都被填上了医学院。但志不在此的程京最后填报了上海铁道大学(现同济大学),并被该校的电气工程系录取。

  1983年,在铁道部资阳内燃机厂,机车电传动专业毕业的程京开始了他的绘图设计生涯。绘图、装调和机车柴油机试验的工作非常单调,日子像平淡的河水一样,每天按照既定的河道向前流着。20岁的程京不甘这样度过青春。喜欢武侠小说的他,希望能够改变日复一日的枯燥生活。1986年,程京辞职了。

  但是,哪个工作能像武侠小说里的情节一样充满激情呢?得益于在西南政法大学任教的父亲的帮助,程京开始阅读司法刑侦教科书。很快,机会就来了。西南政法大学要建一个全新的司法鉴定中心,急需理工科人才,程京知道后抱着“试一试”的心态前去应聘,结果被选中。“当时接到的第一个任务很滑稽,他们说"你是学电的,我们这里买了一台很贵的扫描电子显微镜,就由你来负责"。”于是,有强电专业背景的程京,开始研究起电子显微镜的原理和操作使用,并被送到英国史查克莱大学作为访问学者进修一年。这一走,程京开始了一段跌宕起伏、充满挑战与传奇的人生旅程。

  在英国,程京师从国际著名刑事技术专家布莱恩·凯迪教授。以培养科学家为理念的布莱恩·凯迪为程京制定了一年计划,让他从事司法化学研究。仅用了9个月时间,程京就完成了既定任务。布莱恩·凯迪很欣赏,于是想留程京继续攻读博士学位,完成“DNA指纹鉴定新策略”的博士课题。程京一听就愣了,因为自己完全没有生物方面的知识储备。布莱恩·凯迪鼓励他说:“我观察了你一年,你有工程的背景,又学了一年的化学和仪器分析,这个课题就需要用分析化学的方式设计一套工作系统去解决生物学的问题,还需要做仪器的设计。虽然我以前也从没做过这样的事情,但是如果你愿意赌,我就愿意赌,咱们赌一把!”

  就这样,在导师的安排下,程京开始进军完全陌生的生物学领域。布莱恩·凯迪向他承诺:“这套系统由3个部分组成,只要你完成其中任何一个部分,就可以拿博士学位。”花了7个月的时间,程京完成了第一个部分,就去找导师:“我是不是可以毕业了?” 布莱恩·凯迪笑了,让程京再做一部分。5个月之后,第二个部分又宣告完成。导师让他再接再厉。在两年半的时间里,好强的程京完成了导师制定的所有研究计划,拿到了我国派出留学生中的第一个司法生物学博士学位。

  之后,程京又在导师的指导下向更为广阔的分子生物领域进军,顺利完成了在英国史查克莱大学和英国阿伯丁大学司法生物学博士后和分子及细胞生物学博士后的研究。

  1993年,30岁的程京拿到了工学士学位、司法生物学博士学位证书,并完成了博士后的训练。离最初的机车电传动专业越来越远的他开始迷惘:“感觉自己"四不像",什么都学了一点,但是都不精。”

  1994年一天,程京习惯性地打开《科学》杂志,一个看似不可能的机会向程京招手了。

  原来,美国宾夕法尼亚大学医学院刊登了一则招聘广告,要求应聘人员“本科必须学工程,研究生学生物学,分子生物学更好,并愿意从事生物芯片研究”。这是一个对学历要求很“奇怪”的招聘,却让程京眼前一亮,因为他完全符合条件。最终,程京从70多名应聘者中胜出了,并师从生物芯片开拓者之一的彼得·威尔丁教授,从此闯入了生物芯片研究领域。

  跳出在国外已有的成绩

  为了“中国芯”而回国

  1998年,程京在生物芯片领域的研究开始被国际科学界关注。

  身为美国纳米基因公司首席科学家的程京与他的团队合作,创建了世界上首个“1平方厘米超微实验室”。这是第一次在国际上研究完成了集血液中细菌分离、胞解及杂交检测为一体的芯片实验室系统。该成果发表在《自然·生物技术》(以封面故事“芯片实验室”的形式发表)上,并被《科学》评选的当年“世界十大科技突破”所引用。

  这个超小型生物实验室一出现,就引起了科学界的兴趣。当时的背景是,生命科学领域对生物芯片这一新技术充满憧憬。《财富》杂志刊文认为,在20世纪科技史上,有两种芯片深刻改变了人类的生活:一个是微电子芯片,作为计算机和许多家电的心脏,它丰富和改变了人类的经济和文化生活;而另一个则是生物芯片,它将改变生命科学的研究方式,进而影响到人类延续生命的方式。

  作为上个世纪末生命科学领域中迅速崛起的一项高新技术,生物芯片主要是指通过微加工技术和微阵列点样技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、DNA等的准确、快速、大信息量的检测。程京渐渐发现,生物芯片除用于人类基因研究、医学诊断等方面外,还可应用于新药开发、农业研究、航空航天、司法鉴定、食品卫生和环境监测等领域,是一个运用前景广阔的技术领域。

  在国外生物芯片研究方兴未艾的时候, 程京却在寻找机会回国。他敏锐地注意到中国在科技重大领域重新布局的决心,同时也觉得自己应跳出已有的成绩。1997年,程京应邀参加了以生物芯片技术为主题的第80次“香山科学会议”,他关于“中国应自主发展生物芯片技术”的发言,引起了科学界和有关部门的重视。1998年,清华大学生物科学与技术系副主任、博士生导师周玉祥教授在美国与程京的一席长谈,让程京最终锁定清华大学作为自己回国的落点。

  1999年3月,程京成为清华大学第一位“百名人才引进计划”入选者,受聘清华大学生命科学与工程研究院(职称为教授、博士生导师),担任清华大学生物芯片研究与开发中心主任。这一年,他36岁。

  让程京没有想到的是,这一回国,自己的名字从此与中国生物芯片技术和产业的发展联系在了一起。当时,正值中国生物医药行业开始布局生物芯片产业蓝图之际。他回国的那年,国家科技部起草了《医药生物技术“十五”及2015年规划》。规划所列的15个关键技术项目中,就有8个项目要使用生物芯片,且生物芯片技术被单列,作为一个专门项目进行规划。

  2000年2月29日,在北京中南海“国务院办公厅第十次科技讲座”上,程京作了主题为《生物芯片下个世纪革命性的技术》的报告,并建议:“中国应加大在生物芯片研发方面的投资力度,实施强强结合,尽快建立国家级的生物芯片工程研究中心,以迅速研究开发出一批具有我国自主知识产权的专门技术,积极参与到国际竞争的行列中去。”此建议引起了国家对生物芯片技术的高度重视。时任国务院总理朱镕基当即拍板:“给你6个月时间准备……”

  于是,在清华生物系一间20平方米的简陋地下室里,程京带领研究人员开始了在生物芯片领域的研究。

  2000年,在国家发改委、科技部、卫生部教育部的支持下,以清华大学企业集团为投资主体的生物芯片研发企业北京博奥生物有限公司成立了。这是一支“国家队”。以博奥为依托,生物芯片北京国家工程研究中心也成立了这是我国第一个以企业化方式运作的国家工程研究中心,程京担任主任,兼任博奥的总裁。
程京院士院士指导学生
程京院士院士指导学生

  陈列在博物馆的破旧桌椅

  见证着程京当初创业的艰辛

  2003年,北京被突如其来的“非典”疫情所袭击。这年4月,程京团队第一个生物芯片相关产品激光扫描仪问世。

  当非典肆虐的时候,程京正在成都出差。偶然的机会,他在电视上看到这么一则新闻科研人员成功对SARS病毒基因序列进行了测序,这让他为之一振。“我们有活干了。”程京立刻拨通了北京实验室的电话。他已经意识到生物芯片在这场战役中的重要性。之后,程京召开紧急会议,成立了SARS病毒检测基因芯片研发项目组,并与国家疾病预防控制中心病毒疾病控制研究所建立了合作研究关系,正式启动了SARS病毒检测基因芯片研发项目。

  那是一段没日没夜的研发过程,70多名科研人员,在与解放军302医院建立的联合实验室里,度过了高强度的一周。没人愿意给实验室送饭,大家天天啃馒头喝白开水。结果7天之后,4月26日凌晨1时43分,项目组宣布研制出专门用于SARS病毒检测的基因芯片。程京记得那一夜,所有的同事都在实验室的阳台上聊天,兴奋地畅想着基因芯片的作用。

  5月,程京和他的研究团队带着基因芯片马不停蹄投入了SARS的战斗中。他们参与了北京市SARS疑似患者的检测与甄别工作,在一周的时间内,对404例临床样品(血液、痰液、粪便等)进行了检测和分析。

  程京承认那段时间很煎熬。除了他们,还有中国医学科学院和军事医学科学院也同步对患者的临床样本进行检测,都要求在24小时内提交结果。然而,提交检验结果之后,与临床最终的诊断和治疗结果是否符合,却是谁也不知道。但是,当SARS疫情结束的时候,程京团队所进行的生物芯片检测结果已经成了某些检测的标准。2005年,当年担任全国防治非典型肺炎科技攻关组副组长的陈竺院士访问博奥时,解开了这一谜团:在检测结果中,程京团队的基因芯片结果是最准确的。虽然只是小范围试用,但作为一种新兴的前沿技术,生物芯片在我国第一次投入临床应用就开始提供权威的结论。

  此后, 生物芯片北京国家工程研究中心进入了快速的发展阶段。2003年,中心迁入北京生命科学园。随后,中心获得了第一张国家医疗器械证书、第一项生物芯片外国专利授权,并推出了世界第一张全基因组家蚕芯片、转录因子活性谱芯片、细胞活力电旋转检测芯片、遗传性耳聋检测基因芯片……

  在这段时间,国家科技攻关计划、自然科学基金等均把生物技术产业列为重点对象,力争获得一批有价值的专利,以保障中国生物技术产业发展的空间。这样的宏观背景为程京进一步研发生物芯片奠定了坚实的基础。

  回忆创业的艰难,程京说,当时,实验室左边是厕所,右边是动物房,门窗都是破的,连桌椅都是“捡”来的。一次,宝钢的负责人来与程京谈投资,一屁股坐下去摔了一跤,原来,那些折叠椅的椅腿都是坏的。现在,这些桌椅都陈列在生物芯片北京国家工程研究中心的博物馆里,见证着当初创业的艰辛。

  “我们不能轻易妥协,降低标准,放弃自己原来的目标。”

  与美国等西方发达国家相比,中国在生物芯片这个全新的生命科学领域可算是一个后来者,却有着突飞猛进之势,并已开始崭露头角。

  程京说:“在生物领域创业不同于IT领域,不可能很快见到效益,而且生物技术要想被广为认识和接受比较困难。但我们不能轻易妥协,降低标准,放弃自己原来的目标。要想收获果实,必须先磨刀。”

  实力是对话的筹码和博奕的前提。仅用9年多的时间,生物芯片北京国家工程研究中心就开发出包括系列生物芯片及相关试剂盒、仪器设备、软件和数据库在内的60多项产品。2005年,美国《财富》杂志称博奥生物“已经成为中国第一家进入世界水平的生物技术公司。”

  全球生物芯片行业的先驱、世界著名生物芯片公司昂飞开始关注中国市场,并且通过种种关系主动找上门来。程京原本以为这不过是一次礼节性拜访,没想到,昂飞公司的诸位高管一进大门,便不住地感叹:“在远东,还没有见过如此大规模的生物芯片公司。”从下午1时一直谈到晚上6时,外方还兴致勃勃,最后干脆谈到晚上10时。程京说:“这真是很让我们意外,双方居然都没签保密协议就开始谈……”2005年4月,博奥和昂飞签署战略合作协议,这被看做是博奥融入全球市场的重要一步。

  但是程京真正关心的是产业标准。在生物、医药等行业,产业标准大多是由欧美国家制定,这不仅使我国缺少在行业内的话语权,更重要的是常常使我们处于受制于人的被动状态。

  程京说,2005年,全球生物芯片的产值约为23亿美元左右,而今年有望达到42亿美元。由于美国在全球生物芯片研发中长期居于主导地位,美国的很多著名生物芯片企业在全球市场中不仅享有专利特权,还扮演标准制定等特殊角色。而国内的科研者、管理者最开始只是单纯强调发表文章,到后来开始注重专利保护,到今天,大家已经意识到,必须占领一个新的制高点制定标准。

  程京与他的团队已清醒地认识到这一点。2009年12月,由博奥为主要起草人所起草的生物芯片基本术语、生物芯片用醛基基片、体外诊断用DNA微阵列芯片、激光共聚焦扫描仪等5个临床诊断行业标准被国家食品药品监督管理局审定通过。

  2007年,以程京为技术带头人的研发团队自主研发的“系统化生物芯片和相关仪器设备的研制及应用”项目,获得了国家技术发明奖二等奖。

  2005年,美国《时代周刊》的记者在《中国能创新吗》一文中写到:“从北京市中心到位于郊区的中国最重要的一个新兴产业的基地大约有45分钟的车程。一边是一只脚仍踏在贫困的发展中世界的中国,另一边是在生物技术和遗传工程领域接近世界前沿的中国……车子离开主路在这条路上,仍有许多中国人以自行车为交通工具,或者干脆步行,驶入令人眼前一亮的中关村生命科学园,仿佛从20世纪一下子进入了21世纪。在玻璃幕墙建筑里面,年纪轻轻的博士们正在从事DNA研究,克隆小动物……博奥生物具有自主研发能力,所以他们研制生产出的产品和服务兼具创新性和高性价比。”

  正如文章最后所描叙的,这正是程京的追求和梦想。(本文照片由程京本人提供)

  对 话

  记者:生物芯片是一个全新的科学领域,您认为中国目前的生物芯片发展在国际上处于什么样的地位?发展前景如何?

  程京:我国有些芯片技术已占据世界领先位置,相当一部分技术与国外处于同一水平,还有一小部分技术跟国外比存在一定差距。从技术特点上来说, 低密度诊断性芯片如遗传性耳聋诊断芯片、结核系列诊断芯片,我们做得不错。

  中国发展芯片,要体现中国国情特色,要发展价格低廉、便于普及推广的芯片技术。我们一直往这个方向努力。

  记者:目前中国生物芯片市场很“兴旺”,可有一些生物芯片打着治疗百病的旗号,对医学界和社会产生了负面的影响,您怎么看待这个问题?

  程京:中国有句古话:欲速则不达。目前,确实有一部分这样的企业以营利为导向,不注重声誉,造成科研和临床出现各种问题,以至医生对生物诊断芯片产生了质疑,患者也遭罪。

  我们现在做的很多事情是“收拾旧山河”,以一己之力,用高标准来规范生物芯片市场,并选择最强的医疗机构合作,做更多的实验样本量。但是,我们也遇到一些现实难题,比如物价部门仍没有对生物芯片的产品定价,我们想进入医院,就必须和每个地方物价部门沟通,这是一个漫长的过程。

  记者:你曾有过挫折感吗?或者说,也有现实的困难吗?

  程京:应该叫沮丧。其实,我们本可以发展得很好,但是我们自己制定的政策、行业壁垒阻碍了自己的发展。比如有些“马后炮”式的政策,设置门槛很高,让后来的“正规军”难以过去。

  偶尔也觉得“内外交困”。外部是国外生物企业,向我们展示“经济肌肉”,经常用高薪挖我们的骨干。内部就是,我们这里集中了很多高层次人才,留住人才需要高薪,但诸多的政策因素使得我们难以用高薪留人,留人全靠感情呀!

  程京小传

  1963年生于北京,安徽安庆市人。清华大学教授,教育部“长江学者计划特聘教授”,生物芯片北京国家研究中心主任。中国工程院院士。

  主要从事基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和芯片实验室,以及配套仪器的研究开发及其在重大疾病的早期诊断、预防和预后、食品安全检测和药物开发中的应用研究。2001年在美国出版了世界上第一本关于生物芯片的英文专著《生物芯片技术》。在分析化学、医学分子生物学等领域做了许多开拓性的研究工作,发明了两种分别用于动、植物DNA快速萃取的方法;开发出了用缠结溶液毛细管电泳对基因突变进行检测的多种方法;完成了生物芯片中细胞的过滤分离与介电电泳分离、芯片核酸扩增反应、芯片毛细管电泳、芯片电子杂交等多项前沿性研究项目。获国外发明专利36项、中国发明专利38项。回国10年,在生物芯片产业化方面做了大量工作,领导开发出相关产品60余项,实现了中国生物芯片技术首次向美国的出口转让。

  系国家杰出青年基金获得者。曾荣获2003年留学回国人员成就奖、2004年求是杰出青年成果转化奖和中国青年科技奖、2007年国家技术发明奖二等奖、2008年何梁何利科学与技术创新奖和谈家桢生命科学创新奖等。(田树)

(责任编辑: HN666)
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