編者按 2014年是廣東省自然科學杰出青年基金實施的第三年，至今共資助97名杰出青年。資助經(jīng)費為100萬元/人。

　　廣東省杰青從實施開始，培養(yǎng)方向就定在貼近服務廣東發(fā)展的戰(zhàn)略目標、以不拘一格的方式，在全國首創(chuàng)培養(yǎng)35周歲以下并且具備良好科研能力和潛質(zhì)、協(xié)同創(chuàng)新能力強的青年帥才。3年來，計劃資助廣東省杰出青年名額由2012年的16名增加到了50名。

　　在2014年獲評的50名青年才俊中，100%具有博士學位，有高級職稱的占了93%，平均年齡只有32歲。他們當中，有獲得廣東省科學進步一等獎的主要參與者；有青年“863”的獲得者；他們當中，雖有與國外共同培養(yǎng)的雙博士，但90%以上都成長在本土、培養(yǎng)在本土。

　　廣東省杰青是一個特殊的群體。他們擁有思考在世界科技創(chuàng)新前沿的亮麗青春，然而他們深奧的科研內(nèi)容公眾卻所知甚少。在科研成果的科普化呼聲越來越高的今天，我們特約請部分廣東省杰青“新人”，以科普形式自述（有些或為研究生代筆）其研究課題或方向，相信通過他們的“講述”，我們與這些世界前沿課題距離會拉近許多、許多。

　　武創(chuàng)：微流控光纖——新型光器件與傳感器

　　武創(chuàng)，男，1984年9月出生，博士，講師，任職于暨南大學光子技術(shù)研究所。近年來，在本領(lǐng)域國際權(quán)威學術(shù)刊物和國際會議上發(fā)表論文36篇，其中SCI檢索21篇；主持國家自然科學基金和廣東省自然科學基金共3項，參與國家自然科學基金重大項目等省部級以上項目10余項；參與研制的先進光纖光柵傳感器已應用于京滬高鐵和香港地鐵的安全監(jiān)測。2014年獲廣東省自然科學杰出青年基金資助，2013年榮獲第三屆國際光流體會議青年科學家獎。

　　微流控技術(shù)(Microfluidics)是本世紀初流體學研究領(lǐng)域涌現(xiàn)出的一種先進技術(shù)，最早主要用于生化分析。它在一塊大小為厘米尺度的芯片上構(gòu)建微米尺度的流體通道，在微觀尺度對液流進行操控和檢測，同時集成了樣品處理、生化反應、結(jié)果分析三個功能，因此也被稱為“芯片實驗室”（Lab on a chip）或“微全分析系統(tǒng)”（μTAS， Micro total analysis system）。與傳統(tǒng)分析手段相比，微流控技術(shù)具有響應速度快、樣品用量極少、成本低廉等突出優(yōu)勢。

　　光纖是一種直徑與人頭發(fā)相近的纖維光波導，自上個世紀高錕教授提出光纖的低損耗傳輸?shù)目赡苄灾?，光纖的研究迅速發(fā)展起來，并在全世界引起了一場以光纖為基礎(chǔ)的信息革命。目前，除了眾所周知的光通信應用，光纖的應用已經(jīng)滲透到傳感、醫(yī)學和生命科學等多個應用領(lǐng)域。上個世紀末誕生的光子晶體光纖是光纖光學領(lǐng)域的一項重大創(chuàng)新，具有許多傳統(tǒng)光纖所沒有的優(yōu)異特性，在光纖發(fā)展史具有里程碑的意義。在直徑僅為125微米的光子晶體光纖橫截面具有周期排列的空氣孔陣列，這些尺寸為微米量級的空氣孔沿著光纖軸向不變，形成一個沿光纖軸向的微流通道陣列，這為光纖與微流控技術(shù)的結(jié)合提供了一個理想的平臺，將液流集成到光纖內(nèi)部使之能夠直接與光纖中傳輸?shù)墓獠ㄏ嗷プ饔茫瑸檠兄菩滦凸饫w器件和光纖傳感器開辟了一個嶄新的方向。

　　微流控集成的光子晶體光纖，不僅可以作為一個功能型光學元件服務于光纖通信和傳感系統(tǒng)，而且還可以是一個敏感受體用于傳感信息的采集。作為一個器件，與傳統(tǒng)光纖器件相比，其最大特點是微流控所賦予的強大的可調(diào)諧性，在光纖通信、光纖傳感等領(lǐng)域有著巨大的應用潛力，能夠簡化系統(tǒng)、優(yōu)化系統(tǒng)性能、降低系統(tǒng)成本。作為一個傳感器，它對流體的折射率等參數(shù)高度敏感，能夠提供極高的感測靈敏度和極低的檢測極限，而且它體積小巧，既可直接植入待測目標物中，也可集成到其它分析系統(tǒng)中，因此它在環(huán)境監(jiān)測、化學組分檢測、生物大分子識別、醫(yī)學診斷等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。

　　 蔡瑞初：探尋事物背后的因果機制

　　蔡瑞初，博士，廣東工業(yè)大學計算機學院副教授，碩士生導師。2010年華南理工大學博士畢業(yè)后進入廣東工業(yè)大學工作。曾分別在新加坡國立大學和UIUC高等數(shù)字科學研究中心訪問學習。研究方向為因果關(guān)系發(fā)現(xiàn)、高維數(shù)據(jù)挖掘及其應用。

　　因果關(guān)系最早為大眾所熟知是因為維克托在《大數(shù)據(jù)時代》中的聳人聽聞的論述：“放棄對因果關(guān)系的渴求，而取而代之關(guān)注相關(guān)關(guān)系”。與維克托的觀點恰恰相反，因果關(guān)系是幾乎整個現(xiàn)代科學體系的基礎(chǔ)，與眾多應用領(lǐng)域密切相關(guān)。最近機器學習著名學者周志華教授、周濤教授等都對維克托的論述進行了批判，重申了因果關(guān)系的重要作用。

　　因果關(guān)系嚴格區(qū)分了“因”變量和“果”變量，在揭示事物發(fā)生機制、指導干預行為等方面有相關(guān)關(guān)系不能替代的重要作用。以吸煙和肺癌的關(guān)系為例，相關(guān)關(guān)系僅能發(fā)現(xiàn)這兩者是有密切關(guān)系的，而只有因果關(guān)系才能明確指出吸煙是肺癌的原因之一。由于因果關(guān)系的重要價值，本領(lǐng)域最近涌現(xiàn)了許多重量級研究成果，例如Granger教授因創(chuàng)立了Granger因果關(guān)系于2003年獲得了諾貝爾經(jīng)濟學獎，Pearl Judea教授因在計算因果理論的奠基性工作于2011年獲得計算機領(lǐng)域的諾貝爾獎“圖靈獎”。

　　雖然Pearl Judea教授奠定了因果關(guān)系發(fā)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，但是基于觀察數(shù)據(jù)的因果關(guān)系推斷算法仍是有待解決的難題。在該問題上，蔡博士進行了近8年的深入研究，在理論、應用方面都獲得了一批代表性成果，在頂級學術(shù)會議ICML、SIGMOD，頂級期刊Bioinformatics、IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering， Pattern Recognition等權(quán)威會議或刊物累計發(fā)表論文20余篇。

　　在理論方面，蔡博士提出了因果結(jié)構(gòu)分解理論并設計了大規(guī)模因果關(guān)系問題求解的通用方案，將可求解問題的規(guī)模提升了兩個數(shù)量級。國際機器學習會議組委會認為該成果《SADA：A General Framework to Support Robust Causation Discovery》為高維因果關(guān)系發(fā)現(xiàn)難題的解決開啟了方向，對于推動相關(guān)應用有重要意義。

　　因果推斷理論的進步有效支持了應用的發(fā)展，例如，蔡博士提出致病基因發(fā)現(xiàn)算法MaxS、MinSC及其開源工具GEMINI被領(lǐng)域?qū)＜叶啻我貌⒅攸c評價，在疾病輔助診斷領(lǐng)域應用前景廣闊；在藥物不良反應挖掘領(lǐng)域，蔡博士基于因果關(guān)系發(fā)現(xiàn)理論發(fā)現(xiàn)并驗證了10余種藥物不良反應的因果機制，相關(guān)成果被醫(yī)療信息權(quán)威期刊《美國醫(yī)療信息學會會刊》收錄并報道；通過與ACM會士Marianne Winslett合作，蔡博士還利用因果關(guān)聯(lián)分析方法發(fā)現(xiàn)了基因組學數(shù)據(jù)發(fā)布方式的重大隱私漏洞，該發(fā)現(xiàn)極有可能顛覆現(xiàn)有基因組學科研成果發(fā)布方式，相關(guān)成果被生物信息學權(quán)威雜《Bioinformatics》收錄。

　　蔡博士取得的研究成果均表明，大數(shù)據(jù)時代積累的大量數(shù)據(jù)為因果關(guān)系帶來了巨大發(fā)展機遇，也預示著因果關(guān)系研究春天的到來。

　　吳寶劍：腸外排——“第三種”藥物排泄機制

　　吳寶劍，暨南大學藥學院藥劑學教授、博士生導師。主要學術(shù)兼職：擔任Xenobiotica（SCI IF=2.1；學科專業(yè)期刊）編委，美國藥學科學家協(xié)會（AAPS）會員，美國藥理學與實驗治療學會（ASPET）會員，美國OMICS Group會員。

　　藥代動力學是研究機體對藥物處置過程的科學，主要包括吸收、分布、代謝及排泄（簡稱ADME）。通俗一點來說，就是研究藥物分子怎樣進入血液循環(huán)，又通過血液循環(huán)被帶到了哪些器官和組織，身體里的代謝酶對藥物分子進行了哪些改變，藥物及其代謝產(chǎn)物是通過哪些途徑排出體外的學問。ADME性質(zhì)不佳，在靶器官達不到藥效濃度、或其毒性過大，是造成新藥研發(fā)失敗的主要原因之一。排泄作為ADME的最后一個環(huán)節(jié)，其重要性不容小覷。它與藥效、藥效持續(xù)時間和藥物的毒副作用息息相關(guān)。如果一種藥物的排泄速度過快，血液中的藥物濃度低，往往藥效就會很差，甚至起不到治療的效果；當由于疾病等原因，機體對藥物的排泄的速度減慢時，血液中的藥物濃度升高，就可能引發(fā)副反應，甚至中毒現(xiàn)象。因此，研究藥物的排泄機理對于深入了解藥物，安全使用藥物是不可或缺的環(huán)節(jié)。

　　藥代動力學教科書告訴我們，藥物主要經(jīng)過腎臟排泄，其次是膽汁。極性高的藥物或代謝產(chǎn)物經(jīng)腎臟排泄直接進入尿液，隨之排出體外。分子量300以上并有極性基團的藥物主要從肝進入膽汁，藥物經(jīng)膽汁排泄后進入腸腔，然后隨糞便排出體外。在腸腔，藥物可被重新吸收進入體循環(huán)（稱為“肝腸循環(huán)”）。那么對于高脂溶性的藥物來說，除了以上兩種教科書里強調(diào)的排泄途徑外，是否還有其他的排泄方式呢？之前的研究結(jié)果表明，腸分泌是高脂溶性化合物（包括一些毒素和內(nèi)源性化合物如PhIP、黃曲霉素和膽固醇）排泄的主要途徑之一。在我們實驗室最近的研究中也發(fā)現(xiàn)，對于一些高脂溶性藥物，其在糞便中的藥物，腸外排來源占據(jù)了非常重要的比例。因此，有理由推測，腸分泌可能是第三種重要的藥物排泄途徑。

　　小腸是重要的消化吸收器官，成人小腸的長度約為5—7米；大腸的功能雖然較為簡單，但成人大腸也有約1.5米的長度。除了長度以外，絨毛狀的結(jié)構(gòu)也給予腸道廣闊的內(nèi)表面積。小腸絨毛上皮細胞朝向腸腔的一側(cè)，一個成年人小腸的內(nèi)表面積能夠達到約200平方米。在這廣闊的細胞表面，又分布著大量的轉(zhuǎn)運蛋白。有些轉(zhuǎn)運蛋白負責把外源物質(zhì)運送進腸細胞，進而通過腸道分布的毛細血管進入血液循環(huán)；而有些轉(zhuǎn)運蛋白則可以把血液循環(huán)過程中進入腸細胞的外源物質(zhì)外排至腸腔，進而排出體外。這種主動轉(zhuǎn)運外排藥物分子的模式，也許就是腸分泌的運作方式。當這些數(shù)目龐大的外排蛋白一齊工作的時候，腸分泌在藥物排泄中也就占據(jù)了重要的職能。

　　然而，腸分泌的猜想雖然已經(jīng)提出，依然存在著許許多多的未知亟待探索。比如，具備什么屬性的藥物才會通過腸分泌排泄？藥物的脂溶性和代謝屬性是否是決定腸分泌的關(guān)鍵因素？腸分泌是否具備可預測性？在確定腸分泌是一些藥物重要排泄途徑的基礎(chǔ)上，腸分泌的分子機制是什么？除了主動轉(zhuǎn)運，其他如腸細胞脫落是否也是腸分泌的重要機制？由于外排蛋白介導的主動轉(zhuǎn)運可能是腸分泌的重要機制，而外排轉(zhuǎn)運蛋白的種類繁多，哪個或那些外排蛋白才會在腸分泌中起重要作用？此外，吸收轉(zhuǎn)運蛋白是否也對腸分泌有重大貢獻？

　　當我們未來的研究成果能夠回答清楚以上的問題的時候，我們對于排泄的認知也就能夠更加深入一個層次。

　　徐振林：小分子抗體的“量身訂做”

　　徐振林，華南農(nóng)業(yè)大學校聘青年教授，華南農(nóng)業(yè)大學工學博士、中科院博士后。曾獲國家科技進步二等獎、國家教學成果二等獎、廣東省科學技術(shù)一等獎。學術(shù)兼職：美國化學會會員、中國化學會會員、J.Agric. Food Chem.、Food Control、Food Agric. Immunol.等雜志審稿人。

　　近年來，由小分子化學污染物如農(nóng)藥、獸藥、生物毒素等引起的食品安全問題尤為突出，加強對其監(jiān)測對于保障廣大人民群眾身體健康十分必要。

　　我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有量大面廣、分散經(jīng)營等特點，對農(nóng)產(chǎn)品和食品進行安全監(jiān)測十分不易，大量實踐證明，以快速檢測方法對大量樣品進行初篩，然后對其中陽性樣品進行儀器確證是提高檢測效率、降低成本的有效方式，符合我國國情。在現(xiàn)有快速檢測技術(shù)中，基于抗原-抗體特異性識別的免疫檢測技術(shù)由于具有靈敏、快速、準確、成本低廉且可實現(xiàn)現(xiàn)場檢測等優(yōu)勢，被認為是21世紀最具競爭性和挑戰(zhàn)性的超微量檢測技術(shù)。但是，在小分子免疫分析技術(shù)領(lǐng)域，由于缺乏深入系統(tǒng)研究，其核心原材料——抗體的制備仍然以經(jīng)驗為主，缺乏理論指導。要獲得一株高質(zhì)量的抗體，往往要通過大量合成實驗和動物實驗。即便如此也不一定能制備獲得性能可以滿足實際需求的抗體。因此，如何有效提高抗體性能，或者能夠?qū)崿F(xiàn)對抗體的“量身訂做”，已成為本領(lǐng)域亟須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

　　基于此，我們在多年潛心研究小分子抗原-抗體識別機制的基礎(chǔ)上，以前期已獲得、但性能尚不能滿足實際需求的小分子化學污染物抗體為對象，利用分子生物學手段制備重組抗體，結(jié)合計算機分子模擬以及蛋白質(zhì)結(jié)晶等技術(shù)，研究構(gòu)建抗體的三維空間結(jié)構(gòu)模擬、抗體與小分子相互作用模型，明確抗體結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸殘基，并以此為基礎(chǔ)對這些關(guān)鍵氨基酸殘基進行替換改造，實現(xiàn)對抗體的定向進化，并從進化株中篩選獲得性能顯著提高、符合實際檢測需求的抗體，進行大量生產(chǎn)，從而構(gòu)建用于食品安全快速監(jiān)測的試劑盒或試紙條等產(chǎn)品，用于食品安全監(jiān)測。我國特別是華南地區(qū)，由于地處南亞熱帶，高溫潮濕，微生物滋生及病蟲害嚴重，用藥量大，加上環(huán)境污染，食品中化學污染物殘留嚴重，因此檢測需求量大。

　　本項目提出對小分子抗體“量身訂做”的思路，有望對在制備抗體過程中為提高抗體性能提供理論指導，并構(gòu)建高性能的免疫快速檢測產(chǎn)品，實現(xiàn)對食品有害物的快速、靈敏、準確、低成本以及現(xiàn)場的監(jiān)測，具有較好的應用前景。

　　周小平：說說金屬有機多孔材料

　　周小平，1980年11月出生，汕頭大學化學系教授，博士學位，主要從事晶體工程、金屬有機多孔材料、光電功能配合物材料等方向的研究。在國際SCI學術(shù)期刊發(fā)表科研論文40余篇，先后獲得國家自然科學基金面上項目，國家自然科學基金青年項目（25萬元），廣東省自然科學杰出青年基金項目，作為核心成員參加國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）2項。2014年獲廣東省科學技術(shù)一等獎（排名第4）。

　　金屬有機多孔材料是新一代多孔材料，是當前化學及材料科學的前沿研究的領(lǐng)域，它是由金屬離子或簇與有機連結(jié)體通過配位鍵聯(lián)接在一起構(gòu)筑而成，主要包括金屬有機框架（或多孔配位聚合物）及金屬有機籠。由于引入了易于功能化的有機連接體，相對于傳統(tǒng)的無機多孔材料（如分子篩，金屬氧化物及活性炭等），金屬有機多孔材料的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出更加多樣化和豐富性及可調(diào)控性，然而具有比傳統(tǒng)無機材料更先進的功能。

　　比如：其孔洞尺寸可以通過改變有機連接體的尺寸形狀來可控調(diào)節(jié)，從微孔到介孔（大于2納米）的各種金屬有機多孔材料都已經(jīng)被科學家合成出來。此外，金屬有機多孔材料可以對有機配體進行廣泛的有機修飾來改變其功能，從而實現(xiàn)材料的特殊功能與應用，這在傳統(tǒng)多孔無機材料很難實現(xiàn)。

　　本項目的研究主要目的是通過設計合成，獲取一批基于動態(tài)共價鍵的具有先進功能的新型金屬有機多孔材料。這些多孔材料的可應用于能源氣體的儲存與分離、藥物分子的裝載傳輸及催化材料上。礦物燃料的燃燒將釋放出大量的二氧化碳（CO2）進入大氣中，以至于大氣中的的CO2含量急劇增加。在半個世紀的時間里，CO2在大氣中的濃度從310ppm升到390ppm。作為溫室氣體，CO2的增加將導致地球氣溫上升、極端的氣候變化及海水的pH值變化，從而可能為世界帶來災難。因此降低CO2的排放，阻止其在大氣中含量增長已經(jīng)是一項非常緊迫的任務。金屬有機框架材料在CO2捕獲功能上顯示出巨大的潛能，其在常溫常壓下，可以達到35.2%的重量吸附比（每千克能吸附352克CO2），展示出極高的選擇性（如CO2∶N2 294∶1， CO2∶CH4 257∶1），是極可能在CO2捕獲技術(shù)上獲得實際應用的多孔固體材料。我們前期研究的材料已經(jīng)在CO2捕獲及分離上展現(xiàn)了良好的性能。因此通過分子設計合成，進一步研究制備更好性能的金屬有機多孔材料，獲得具有CO2捕獲優(yōu)良性能的材料，將具有非常大的應用前景。不僅能應用于能源工廠（如煤發(fā)電廠）的節(jié)能減排，而且還可以應用于提升天然氣品質(zhì)（天然氣中含有少量的CO2），產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。同時，降低環(huán)境污染、減輕溫室效應，減少極端氣候的形成，將產(chǎn)生非常大的社會效益。

　　此外，當今新藥物的研發(fā)是不斷保持人民生命健康的保證。但是研究表明，大部分的藥物不只是傳輸?shù)桨l(fā)揮藥理作用的部分，而是分布到全身各組織、器官。每個藥物都要經(jīng)過吸收、分布、代謝和排泄的過程，因而只有少數(shù)藥物到達需要藥物的組織、器官或細胞。因此，怎樣提高藥物的靶向性，減少毒副作用，就需要研發(fā)藥物的有效傳輸裝載材料，提高其利用率。利用動態(tài)共價鍵非常容易構(gòu)筑金屬有機籠化合物，具有可調(diào)控的類似膠囊的空腔，可以負載藥物，具有一定的溶解性。由于裝載的藥物位于金屬有機配合物籠的內(nèi)部，因此可以起到保護藥物作用，使其在傳輸過程中不被分解。此外，金屬有機配合物籠的有機連接體可以修飾功能基團，因此可以有效調(diào)控其溶解性及靶向性?？梢灶A見金屬有機籠是極其理想的藥物載體傳輸分子，有著廣闊的應用前景。