无心何妨多插柳:我的故事

引子

孔子在《论语》中说:“吾不試,故藝。”由此可见,孔子被人们认为是“多才多艺”,他却说是无心之得。我想世间万物,无不如此。与其一条路走到黑,有时候也无妨多走走“弯路”,指不定“弯路”,反而更近呢!

钓鱼,也许钓的并不是鱼


故事一:科研历程——“少了哪一节也不行”

相比先前分享的一些同学,他们是真正的“大佬”,我这次被邀请来,主要还是因为我比较能侃,而且身上的TAG比较多:

桌游爱好者/资深跑团人/深度steam玩家

物理化学博士生/生物方向

业余摄影师/二次元宅男

服务器运维/软件与硬件工程师

显然,这样“斜杠青年”的状态,是很难做好“需要深度”的前沿科学研究的;事实上也正是如此。我本科毕业设计的工作和研究生开始课题组的主攻方向不说大相径庭,也是毫不相关。所以在一开始的科研过程中,我试了几个类型的实验方向,感觉都不太顺利——我的精力相对分散,并且本身实验技术也一般,没有拿得出手的厉害的实验和理论基础,经过了比较长时间的摸索,也还是没有足够亮眼的结果。

不过,在一年级下学期的某一天下午,我突然查到了几篇文献,我发现这几篇文献里都涉及到了我们实验室常用的一种光交联分子——二氮丙啶分子。这种分子被人们认为是高反应活性中间体卡宾的前体,被广泛用在包括生物物理化学领域在内的各种领域。但通观几篇文献,我注意到许多不符合化学直觉的地方:

  • 首先,几篇文献的结果前后不一致,但每篇文献都用了相似的技术路线和方法,唯一的差别就是光反应条件;
  • 并且,结果具有显著的官能团特异性,但显然卡宾并不是一个具有较强选择性的中间体;
  • 此外,对烷基二氮丙啶分子和非烷基二氮丙啶分子,二者的结果也不同,暗示二者可能有不同的机理;

二氮丙啶分子的原理及应用场景

随后我就调查了相关文献,发现对于这一开发了数十年、被广泛使用了十余年的分子,人们对它的机理研究还停留在表象和猜测的阶段。先前文献提出,差异的可能来源是烷基二氮丙啶分子相较非烷基二氮丙啶分子,经历了具有一定寿命和特殊反应性的重氮中间体。这种重氮中间体因为未被共轭,所以化学反应性较强,它对侧链的插入反应导致了结果的差别。但这个结果且不说缺乏深入的机理证据,而且也难以解释光反应条件对结果的影响。但考虑到这个分子十分热门,已经被使用了十余年,所以我开始思考:为什么没人做这块的机理工作呢?

二氮丙啶分子的机理只有表象分析,缺乏动力学证据

很快,我就意识到了问题所在:

  • 首先,这是一个生物领域的热门分子,做这行的群体未必有多懂化学;
  • 其次,虽然懂生物化学的人很多,但机理、尤其是小分子的多步光反应动力学机理,是一个相当经典、却又少被涉及的领域,而烷基二氮丙啶分子又难以进行理论计算,因此相关文献少之又少;
  • 况且,要采集光反应动力学机理的证据,势必需要能够自定义调节光反应条件的仪器,而这个紫外LED,在几年前还是很贵的存在!这两年紫外LED才被中国的家人们把价格打下来了(笑),而且还有了自动化的控制和全套的配套,相比之下国外课题组有的甚至还在用光条件相当不单一的Hg灯进行实验,重复性自然是可想而知了。

我对光反应动力学问题的解决方案

那么,这简直就是专门定制于我送来的交叉性课题:

  • 首先,我在一个生物相关的课题组,对这个专业的应用也有十余年的探索,但我发现我身边的同学大部分都不太懂化学;
  • 其次,我本科辅修了物理,物理化学基础也很扎实,懂生物化学的同学不一定比我懂物理化学;
  • 此外,解决这个问题必须得搭装置,还是基于淘宝和深圳工厂的设备定制,懂生物物理化学的同学,还真不一定比我这个三脚猫工程师,更懂家庭DIY的硬件安装与软件编程;
  • 除此以外,化院的质谱的技术老师刚好也是一个二次元,我们恰好在疫情期间多有交流,有了不错的感情。
    整体看下来,这个课题的难点在于涉及的知识面广、技术细节多,但每一项技术又都不是太难。想到的人可能不少,但真正能着手做的人,可真就凤毛麟角了——但“会一点,但不多,再多也不会了”的人,这不就是我嘛!

很快,我就搭建了一套设备:这套设带有质谱(MS)在线监测功能,通过将样品泵入透明的PFA管中,然后用定制LED进行多维度光反应调节,同时调整光功率密度和光反应时间,最后泵入MS,获得实时的动力学信号。我查了一圈文献,这样的设备,明明很简单,可真就没人搭过!

我设计的质谱设备系统

那我便趁热打铁,除了质谱,还顺手又搭了一套核磁 (NMR)的设备:

我设计的NMR设备系统

可是在数据处理时,我又遇到了一点麻烦:这个动力学机制太复杂了!我该怎么拟合和分析呢?好在一起玩游戏的朋友里有理论计算的大佬,给了我不少启发,于是一周下来,我把动力学数据处理和机理分析也搞定了。

涉及到基元反应的动力学过程分析

最后经过漫长的预实验、方案优化与准备,正式的实验在两周内就完全做完了。最后经过了相对漫长的修改、拒稿、投稿过程,终于是以一次小修发表在了《Nature Communications》上。

最终发表的文章

虽然看起来还算轻松,实际上,每个环节都依赖积累和运气:

  • 课题的发现是我本科和竞赛期间积累的化学直觉,虽然不难,但这是一个非常经典的“化学”的工作;
  • 物理化学的理论推导虽然是教科书级别的基础内容,但如果没有通过游戏认识理论计算的朋友,我一个人恐怕没法一下子折腾明白其中的门门道道,更没法快速地放弃用计算来解释机理的方案;
  • 设备的搭建依赖的是我国这两年快速发展的深圳光学工业,也是借助了行业的东风;
  • 正因为我工程师家庭的氛围,我在业余期间积累了工学经验和编程知识,才能够设置装置系统、进行远程控制和自动化,否则所需的时间将出现指数级地上升;
  • 正是疫情期间恰好化院任务相对轻,我和分析测试平台老师建立了良好的关系,能够有预约大量的机时,在公共仪器上进行大刀阔斧的改造与尝试;
  • 如果不是实验室中学习的生物学知识,那我也只能局限在解决化学机理问题之中,而不会想到,我对机理的这一点发现在生物领域具有巨大的潜能。

我本科毕业设计中的工学CAD制图部分

在我的后续工作中,我基于先前的机理发现,对光反应条件的优化、特异性的指纹峰发掘和更高精度的结构计算做了进一步的工作,这部分工作尚且还在整理,就不具体细讲了。但回顾整个流程,虽然每一步都是太难,但都是建立在我知识的广度和坚实的积累上的,最后所有的知识交汇到一点,为后续的深入挖掘奠定了可能。

如果不是这个课题,我也不会想到:

  • 有朝一日我会需要用我拿来打印玩具的3D打印机,去打印实验装置;
  • 我因为游戏和二次元认识的老师和同学,会成为我科研的重要助力;
  • 一时兴起本科辅修的物理,反而成为了我数据分析的关键;
  • 我搭游戏服务器而掌握的计算机知识,会用来撰写自动化的数据采集和分析程序;
  • 在漫长的修改和投稿过程中,也是丰富的业余活动,让我能以饱满的精神投入到重复枯燥但又怠慢不得的文章修改工作中。

3D打印实验器材用自制代码做的实时监控

我几乎是一个生物物理化学领域的完全新人,却用知识的广度克服了专业技术壁垒的深度,用自己的视角做了一份“全新的工作。毕竟若是说专业知识,我怎么可能比其他深耕多年乃至数十年的人更懂呢?只是恰好多了一些旁门左道的知识与机会罢了。回想整个过程,每一步都不算太难,但遇到了一个又一个困难的时候,我总有恰好的知识、技术或者朋友来帮忙,这才能逢山开路、遇水架桥。这百般杂学,正是“少了哪一节也不行”。


故事二:服务器运维——“无心插柳柳成荫”

疫情期间,我闲着在家,每日无所事事,想整点项目做做。当时的云服务商顺势推出了一些学生免费白嫖服务器的活动;正好当时旅居在家里的表格从事的是前端工程师的工作,我就在他的鼓励下,白嫖了一个服务器,开始自学网站的运维和游戏服务器的搭建——毕竟兴趣是最好的导师。

云服务商的各类活动

一般来说,如果能搭建游戏服务器,还有一群稳定游玩的朋友,男孩子是很难拒绝的——事实上,我的起点就是DND(龙与地下城)的跑团服务器。关于玩家自建的游戏服务器,相信各位都有所了解。最常见的比如Minecraft(我的世界)各类私服、饥荒服务器、泰拉瑞亚服务器乃至前段时间大火的幻兽帕鲁服务器。服务器对于学生群体,最大的优点莫过于:

  • 运行稳定(不用担心断网断电)
  • 自定义性强
  • 容易推广

我的世界宝可梦mod,曾经我运营了相当久的时间

在当时,针对DND跑团的服务器往往还十分简陋。作为一个拿过TGA年度游戏大奖、被视为“当代娱乐之祖”,在全球拥有过亿级受众的巨型IP,当时的社区游戏还是依赖roll20(一个收费平台)、maptool(一个简单的java工具,还需要内网穿透)甚至excel+QQ电话来进行的。在经历了一系列筛选之后,我把目光放到了一个全新推出的软件——Foundary VTT(FVTT)上。作为如今全球最主流的跑团平台,FVTT推出时的社群可谓是十分朴素,甚至让我体验到了不少早期互联网的精神。作为国内社区的第一批用户,我用三脚猫的技术水平参与了早期的本地化开发,没想到,这些微薄的贡献,如今还让我留在历史的功勋录中。

只是做了一点微薄的贡献

除此以外,服务器的长期运营,还让我对各大云服务商的功能和服务有了深入的了解。这几年中,我不但上了阿里云的运维课程,用了腾讯云的各类服务,还去华为云线下参观了一把,和华为的工程师也有了交流。

只是做了一点微薄的贡献

在服务器的运维和社区的交流中,我渐渐认识了一批资深的服务器运维大佬,逐渐开始培养起了别的兴趣: 网站的运营。在国内,私人网页的搭建已有了非常成熟的社群,而众所周知,微信的公众号管理界面又反人类级地难用。由此我产生了想法:要不,我自己做个BLOG网站吧!

只是做了一点微薄的贡献

我的BLOG五花八门:生活记录、技术分析、年度总结……本来也只是随便写着玩玩,不料这几年运营下来,倒也有了3w的浏览量,而且还给我引来了一个重要的受众——我的导师,唐淳老师。

本科毕业时,当时因为种种原因,我计划在博士研究生阶段找一个新的课题组深造。刚到北大的唐淳老师当时联系了我,一眼就看中了我的BLOG,和我说:北大实验室建设伊始,课题组内主要都是生物和化学背景的同学,我们实验室有个高性能计算服务器要维护,还要搭建一个网站,这,就都交给你了!对于一个一年级同学来说,在上课的同时,比起做实验,运维网站确实要容易许多,于是我也就答应下来,通过我的BLOG,成为了唐老师课题组的第一个运维。

我的导师

有了高性能服务器,原来很多天花乱坠的公共服务,如今我也触手可及:

  • 比如,在AI作图SD模型的初始阶段,用AI狠狠地炼丹、产粮;
  • chatGPT爆火之后,给课题组搭建公用的AI服务bot;
  • 学习数据库知识,搭建实验室试剂库网站;
  • 组建局域网NAS服务,加速实验室数据传输和处理速度;
  • 编写实验室文档,指引新同学快速入门;
  • ……

我写的各类文档

这些工作,当然也和我的科研无关,也和我的工资无关,但给我创造了不少契机:

  • 无论如何,我在实验室,都有一份不可取代的工作;
  • 不断有人因为实验室的官网了解到我,然后加我的好友;
  • 许多人因为关注实验室官网的技术文档,专门来请教技术细节,随后了解了我们的工作;
  • 包括这次分享会,邀请我的研会同学也是看了我的网站后才对我有了深刻的印象的;
  • ……

在其中,有一份契机,最为独特。从疫情开始,有一个网友一直关注我的网站内容,而且经常就我发布的内容来“骚扰”我,和我聊东说西。这位网友是个小妹妹,现在,她是我的女朋友了。

感谢我的舍友拍摄

所以总结一下,虽然我是一个化学的同学,我的专业方向也和服务器运维没啥关系,事实上,我也没在相关领域取得什么成果。但我确实通过这些年:

  • 结识了一批游戏玩得好、技术还强的网友;
  • 学习了大量互联网技术;
  • 在新的课题组里找了一个铁饭碗;
  • 得到了出席各种活动的机会,和一张方便的名片;
  • 获得了一个女朋友。

综上所述,搞科研,可能要的不只是科研知识;学运维,可能最后得到的也不只是运维技术。“有心摘花花不开,无心插柳柳成荫”,我相信只要学得明白,学出特色,百般兵器,总有用武之地。
保持热情,坚持不懈,才能做出风格,做出精彩!


致谢

  • 感谢东京化成工业株式会社对本报告的资助
  • 感谢化院研究生会的邀请
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