劉仁志

0 前 言

2023年2月22日晚，中央電視臺《新聞聯(lián)播》播出一則關(guān)于中共中央政治局集體學(xué)習(xí)加強基礎(chǔ)研究的新聞。這則頭條新聞對一直關(guān)注基礎(chǔ)理論創(chuàng)新的科研工作者們而言，無疑是一條重磅消息，具體內(nèi)容如下：

“中共中央政治局2023年2月21日下午就加強基礎(chǔ)研究進行第三次集體學(xué)習(xí)。中共中央總書記習(xí)近平在主持學(xué)習(xí)時強調(diào)，加強基礎(chǔ)研究，是實現(xiàn)高水平科技自立自強的迫切要求，是建設(shè)世界科技強國的必由之路。各級黨委和政府要把加強基礎(chǔ)研究納入科技工作重要日程，加強統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，加大政策支持，推動基礎(chǔ)研究實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革突飛猛進，學(xué)科交叉融合不斷發(fā)展，科學(xué)研究方式發(fā)生深刻變革，科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟社會發(fā)展加速滲透融合，基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化周期明顯縮短，國際科技競爭向基礎(chǔ)前沿前移。應(yīng)對國際科技競爭、實現(xiàn)高水平自立自強，推動構(gòu)建新發(fā)展格局、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，迫切需要我們加強基礎(chǔ)研究，從源頭和底層解決關(guān)鍵技術(shù)問題?！?/p>

在學(xué)習(xí)會上，習(xí)主席作了重要講話，他指出：“要強化國家戰(zhàn)略科技力量，有組織地推進戰(zhàn)略導(dǎo)向的體系化基礎(chǔ)研究、前沿導(dǎo)向的探索性基礎(chǔ)研究、市場導(dǎo)向的應(yīng)用性基礎(chǔ)研究，注重發(fā)揮國家實驗室引領(lǐng)作用、國家科研機構(gòu)建制化組織作用、高水平研究型大學(xué)主力軍作用和科技領(lǐng)軍企業(yè)‘出題人’‘答題人’‘閱卷人’作用。要優(yōu)化基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)布局，支持重點學(xué)科、新興學(xué)科、冷門學(xué)科和薄弱學(xué)科發(fā)展，推動學(xué)科交叉融合和跨學(xué)科研究，構(gòu)筑全面均衡發(fā)展的高質(zhì)量學(xué)科體系。”此外，習(xí)主席還特別提出，“實施差異化分類管理和國際國內(nèi)同行評議，組織開展面向重大科學(xué)問題的協(xié)同攻關(guān)，鼓勵自由探索式研究和非共識創(chuàng)新研究?！?/p>

習(xí)主席最后強調(diào)：各級領(lǐng)導(dǎo)干部要學(xué)習(xí)科技知識、發(fā)揚科學(xué)精神，主動靠前為科技工作者排憂解難、松綁減負、加油鼓勁，把黨中央關(guān)于科技創(chuàng)新的一系列戰(zhàn)略部署落到實處。

這些具體而精準的戰(zhàn)略決策，高瞻遠矚，鼓舞人心，令人感慨萬千而又躍躍欲試。特別是“鼓勵自由探索式研究和非共識創(chuàng)新研究”這句話，對解放思想和促進基礎(chǔ)理論的科學(xué)探索具有重要意義，同時也是對民間科學(xué)家的一種極為重要的肯定。這一政策的出臺，緩解了一度困擾民營企業(yè)科技人員基礎(chǔ)理論創(chuàng)新工作缺乏平臺支持的難題，使民營企業(yè)科技人員有望在國家科研機構(gòu)建制化組織的平臺，就基礎(chǔ)理論創(chuàng)新問題與國家機構(gòu)科研人員一起協(xié)同攻關(guān)，發(fā)揮自己的才能，為國家科學(xué)基礎(chǔ)理論的強化做出貢獻。

事實上，此前中國科學(xué)院已在這方面做出了表率。筆者作為民營企業(yè)科技人員，有幸作為中科院學(xué)部咨詢評議項目“我國電子電鍍基礎(chǔ)與工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展”課題的成員（顧問），參與了中科院學(xué)部“高端電子電鍍技術(shù)”課題的咨詢評議工作。且在課題完成后，還參與編撰了《中國科學(xué)院院士建議》。建制內(nèi)因為編制和年齡等條件的限制，民間科學(xué)家很難有機會參與到國家科研項目中?！邦檰栔啤弊鳛橐环N建制創(chuàng)新，很好地解決了這一問題。在這一制度下，民企科技人員可以以技術(shù)顧問的身份，參與到建制平臺的工作中。建立“獨立顧問”或設(shè)立“顧問委員會”，已經(jīng)逐漸成為一些科研和管理平臺常用的加強組織作用的舉措。筆者也經(jīng)常會被一些科研機構(gòu)和企業(yè)聘為顧問或在大學(xué)兼職和講學(xué)。這種開放的平臺，為各行業(yè)專家在各自擅長的領(lǐng)域為社會做貢獻提供了機制保障。

但不得不承認的是，在基礎(chǔ)理論探索方面，民間人士提出的相關(guān)課題和觀點，特別是“非共識”理論，極少能被業(yè)界同僚認同。據(jù)相關(guān)資料表明，一些民間人士自費出版的與理論物理有關(guān)的新觀點的著作，鮮有人問津。誠然，基礎(chǔ)理論的研究確實存在一定門檻，對研究人員的身份、地位、學(xué)歷等都有一定的基本要求。而民間人士在這方面往往存在較為明顯的短板，因此，他們的課題常常在初審階段，就會被直接“扔掉”。即便是一些有一定知名度的專業(yè)人士，倘若其研究課題不是本人的專業(yè)領(lǐng)域，而是跨學(xué)科涉入的基礎(chǔ)理論研究，也往往得不到支持。尤其是在一些有“定論”和權(quán)威理論的領(lǐng)域，這些民間科學(xué)家提出的“非共識”創(chuàng)新理論，常常會被當(dāng)成“另類”而無法進行更深一步的討論和研究。因此，在推進基礎(chǔ)理論創(chuàng)新時，既要強調(diào)國家科研機構(gòu)建制化組織的作用，同時也要注重非建制科研人員的作用，根據(jù)實際情況制定具體的措施并加以實施。中共中央政治局帶頭加強基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，提出新的理念和舉措，為面對當(dāng)前競爭激烈的國際環(huán)境和復(fù)雜形勢，調(diào)動全民科技力量，打牢國家科學(xué)理論基礎(chǔ)提供了強大推動力。

1 基礎(chǔ)理論領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)

科學(xué)基礎(chǔ)理論從大的方面可以分為兩大類，一是自然科學(xué)理論體系，一是社會科學(xué)理論體系。這兩大體系又各有自己的分支，尤其是自然科學(xué)體系，僅物理一系，就有各種各樣的分支。其中，理論物理學(xué)是所有物理學(xué)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)、生物學(xué)等也都有許多分支，跨學(xué)科間的交叉融合與學(xué)術(shù)碰撞，帶來了許多創(chuàng)新與變革。在當(dāng)今數(shù)字化和智能化的時代，大量科技創(chuàng)新的新產(chǎn)品、新工藝和新材料涌現(xiàn)出來，由此而引發(fā)了一系列難以用傳統(tǒng)理論解釋的問題，這時就需要基礎(chǔ)理論創(chuàng)新來予以闡釋和解決。社會科學(xué)的理論創(chuàng)新也很迫切。在世界巨變的形勢下，社會形態(tài)和意識形態(tài)面臨著諸多重大挑戰(zhàn)，這些都依賴社會基礎(chǔ)理論予以詮釋和解讀。特別是我國創(chuàng)新型社會主義制度下的一些理論問題，更需要有創(chuàng)新理論的支持。

關(guān)于這兩大體系中的基礎(chǔ)理論問題，既需要有人提出并解答，也需有一個平臺來評判答案。同時，對提出的問題和回復(fù)的答案，還需有建制平臺予以響應(yīng)。倘若沒有相應(yīng)平臺的反饋，沒有進一步的討論和研究，就簡單地排除和封存，理論創(chuàng)新就會變成空談。

筆者長期從事于電化學(xué)應(yīng)用工藝領(lǐng)域，經(jīng)過多年的努力學(xué)習(xí)和工作，在這個專業(yè)領(lǐng)域取得了些許成績，并發(fā)表了大量技術(shù)論文和出版了幾十本專業(yè)著作。由于長期在生產(chǎn)和科研一線從事具體工藝課題的研究工作，親身碰到到過許多工藝問題，這些問題的起因解釋及解決方法都涉及到電化學(xué)基礎(chǔ)理論。特別是微電子產(chǎn)品制造包括芯片制造中遇到的電化學(xué)沉積的問題，用經(jīng)典共識理論去分析，很難找到較為合理的答案。

2019年，筆者在《表面工程與再制造》發(fā)表了“談?wù)劻孔与娀瘜W(xué)”一文[1]。這是首次在正式出版的行業(yè)類專業(yè)期刊上介紹了量子電化學(xué)理論。這一理論的創(chuàng)新應(yīng)用很好地解釋了關(guān)于電子電鍍技術(shù)是芯片制造不可或缺的技術(shù)的問題。

通過將“量子電化學(xué)”理論引入到電化學(xué)沉積即電鍍領(lǐng)域中，可以很好地詮釋電化學(xué)應(yīng)用中的一些基礎(chǔ)理論問題?！傲孔与娀瘜W(xué)”理論對金屬電沉積過程做了量子化的詮釋，定義了電鍍過程是原子級別的增量制造過程，從而很好地解釋了在納米級芯片線槽內(nèi)，只有電鍍結(jié)晶才可以實現(xiàn)填充并完成芯片內(nèi)集成電路互聯(lián)的過程。當(dāng)前，高端電子制造離不開電鍍技術(shù)的支持，這使得在完善和加強芯片制造全產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)中，電子電鍍技術(shù)逐漸得到了人們的重視，今年第2期的《中國科學(xué)院院士建議》就是一個很好的證明。在此基礎(chǔ)上，筆者還撰寫了《量子電化學(xué)與電鍍技術(shù)》一書[2]，同時修訂再版了《電子電鍍技術(shù)（第二版）》和《整機電鍍技術(shù)》，在電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域做出了一些探索。這些并不是終點，而只是一個新的領(lǐng)域的起點。

2 一個“非共識”理論的例子

這個新的非共識理論屬于分子生物學(xué)領(lǐng)域，可以暫時稱之為“量子生物電化學(xué)”領(lǐng)域[3]。這不是心血來潮推想的概念，而是在幾個方面持續(xù)關(guān)注而引申的結(jié)果。再加上新冠病毒的全球性流行事件中的病毒行為學(xué)方面的問題，更催生出這樣的一種思考。

這幾個方面主要包括：一個是前面已提過的電化學(xué)領(lǐng)域；另一個則是2019年出版的《光子信息》一書介紹的領(lǐng)域[4]，關(guān)于物質(zhì)自組裝過程的猜想。通過元素的形成和應(yīng)用聯(lián)想到物質(zhì)會由簡單向復(fù)雜進化及自組裝行為等問題的思考，這些均屬于基礎(chǔ)理論問題。物質(zhì)進化到高級形式就是生命，這就涉及到了生物學(xué)。生物進化論是公知的理論。而細菌和病毒則是微生物學(xué)領(lǐng)域研究的范疇，它們的進化（變異）的特征及遵循的機理或進化過程中涉及的生物信息收集和傳遞，都是值得研究的課題。生物信息的研究通常被認為是一個成熟和共識的基礎(chǔ)研究。生物電化學(xué)是這個研究領(lǐng)域中最基本也是最重要的理論。至于《生物信息學(xué)》，則是以計算機生物信息庫為載體的學(xué)科體系，大學(xué)設(shè)有相關(guān)專業(yè)課程，同時也有大量直接以此作為書名的著作[5]。但是這個領(lǐng)域內(nèi)的大部分書籍主要并非描述生物體內(nèi)的信息（例如神經(jīng)信息傳遞、生物電傳導(dǎo)等）和生物體個體與群體之間的信息發(fā)布與接收等方面的問題，而是講述生物信息的收集與電子計算機的處理與應(yīng)用等。當(dāng)新的問題或新的現(xiàn)象出現(xiàn)時，這些經(jīng)典生物學(xué)理論往往就不能給出具有說服力的解釋了。筆者在2019年和2020年的《表面工程與再制造》雜志上提過這個全新領(lǐng)域的問題，詳細內(nèi)容可見2019年發(fā)表的《表面電位與生物電》[6]和2020年發(fā)表的《膜電位的本質(zhì)》[3]。

微生物學(xué)和分子生物學(xué)以及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)一直都采用生物電化學(xué)理論來討論和研究相關(guān)問題，其中一個重要的理論就是細胞膜內(nèi)外離子遷移引起的“生物電”電位的變化，我們可以簡稱為膜電位理論。膜電位的變化對應(yīng)一定的生理變化，這可以用來檢測人體相關(guān)部位“生物電”發(fā)生變化對應(yīng)的組織異常狀態(tài)。例如腦電圖和心電圖等，都能較好地反映出相應(yīng)部位組織病變產(chǎn)生的不正常電位波動。而這些電位變化是由細胞內(nèi)離子的遷移發(fā)生變化引起的。研究表明，產(chǎn)生膜電位的重要離子主要有Na+、K+和 A-離子（帶負電荷的細胞內(nèi)的大蛋白質(zhì)分子，僅存在細胞內(nèi)，且膜對它無通透性）。其他離子，如Ca2+、Cl-、Mg2+等離子在大多數(shù)細胞中對電位無直接貢獻。

2018年12月19日，顏寧教授應(yīng)邀訪問山東大學(xué)青島校區(qū)，并作了題為“電信號是如何產(chǎn)生的？導(dǎo)航通道的結(jié)構(gòu)和機制研究”（How is electrical signal generated? Structure and mechanistic investigations of Nav channels）的學(xué)術(shù)報告[7]。她在報告中指出鈉離子電壓門控通道在興奮性細胞中參與維持靜息電位和動作電位的發(fā)生，與正常的生理功能調(diào)控以及疾病的發(fā)生密切相關(guān)。顏寧從鈉離子通道的結(jié)構(gòu)入手，首先解析了細菌中的鈉離子通道NavRh的結(jié)構(gòu)，隨著冷凍電鏡技術(shù)的革新，進一步解析了真核生物蟑螂和電鰻的鈉離子通道結(jié)構(gòu)，以及人的Nav1.4通道的結(jié)構(gòu)；分享了在解析人的Nav1.4通道的結(jié)構(gòu)中遇到的瓶頸和解決思路，重點談到優(yōu)化膜蛋白Nav1.4的蛋白性質(zhì)和解決冷凍電鏡樣品制備中蛋白變性問題；修正了傳統(tǒng)的鈉離子通道活性調(diào)控的“Ball and Chain”模型，提出了變構(gòu)阻斷機制。

顏寧教授科普的這個問題，正是我們需要進一步探討的問題，即生物電信號是如何傳遞的。

生物電的研究可以追溯至伽伐尼醫(yī)生著名的青蛙實驗，距今已有兩百多年的歷史。目前，人們大都接受了生物電的概念，但生物電在體內(nèi)的傳導(dǎo)方式一直都沒有一個明確的說明。生物體，特別是動物，是一個極為復(fù)雜的電解質(zhì)體系，基于此，用離子導(dǎo)電理論即電化學(xué)理論來探討生物電問題逐漸成為共識，并在此基礎(chǔ)上建立了完整的理論體系。當(dāng)前，人們普遍認為生物電信息的傳導(dǎo)方式是離子傳導(dǎo)，且這個理論已在現(xiàn)代生物學(xué)特別是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的上廣泛應(yīng)用，效果顯著。但是，用這個理論來研究生物電傳導(dǎo)會有一定的局限性，其中的兩個重要的問題是：一個是生物電信息在個體內(nèi)傳導(dǎo)的速度問題；另一個則是生物群體之間生物電信息傳導(dǎo)的問題。生物群體間信息傳導(dǎo)的研究在生物學(xué)中沒有放在“生物電”層面進行探討，而是作為生物行為學(xué)的內(nèi)容進行研究。舉個簡單的例子，用氣味、聲音、動作等在群體中傳遞信息是各種動物常見現(xiàn)象，至于人類則有更為高級的信息傳遞體系。但是，就生物電信息這個重要的概念而言，如何在群體之間傳遞，用離子傳導(dǎo)理論無法完全解釋清楚。一種可能的研究方向是探究生物電磁波存在的傳導(dǎo)機制，即將量子電化學(xué)應(yīng)用到生物電化學(xué)中來，而這也正是筆者目前極力探究的方向。

鑒于此，筆者希望通過《表面工程與再制造》這個專業(yè)而權(quán)威的媒體平臺發(fā)出呼吁，希望有資源的體制內(nèi)平臺重視這方面的問題，并部署相關(guān)的研究課題。這將是原創(chuàng)性和前沿性的課題，目前可參考的資料較少，需努力地探索，特別是在研發(fā)新的生物電磁波接收裝置方面將會困難重重，但卻極富挑戰(zhàn)性和吸引力的。

期待這個創(chuàng)新課題能得到相關(guān)平臺或科研團隊的積極響應(yīng)。