对话清华大学王宏伟教授：冷冻电镜石墨烯载网的科研探索和技术转化

如何让这样的科研成果从单个实验室走向更广泛的应用服务于更多的用户，进一步促进冷冻电镜技术的推广，一直是王宏伟想要解决的问题。

2017年，王宏伟联合创立了水木未来，并将石墨烯载网进行科研成果的转化。在前期实验室研究成果专利转化的基础上，水木未来推出了拥有自主知识产权的冷冻电镜石墨烯载网GraFutureTM。

目前，这项技术已为几十家创新药企和科研机构提供了结构生物学和药物发现服务，并反哺了实验室的科学研究进展。

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狮刀 ：清华冷冻电镜平台在全球地位如何，我们拥有自主知识产权的冷冻电镜技术意味着什么？

王宏伟教授 ：在本世纪头十年，冷冻电镜还是一门不被看好的小众技术，而正是在这一时期，清华决定起步建设冷冻电镜平台，为中国生命科学的发展赢得了宝贵先机。现在看来，这是一个非常重要的决定，对于我国在冷冻电子显微学领域处于世界领先地位，发挥了十分重要的作用。

目前，从仪器设备的规模和服务的实验室产出效益上来讲，清华的冷冻电镜平台是全球最大的冷冻电镜平台之一，在世界上颇具竞争力。这当然不只是清华一所院校的功劳，在这个过程中，我们获得了其他团队的支持，在硬件和软件两方面都有一系列的自主知识产权技术，这为成果转化创造了条件，也加速了成果转化的进程。

石墨烯载网研究方面，我们有北京大学彭海琳教授团队的支持；在软件方面，我们自主开发了电镜的算法和软件工具，包括数据收集、结构解析和建模的完整工作流，其中雷建林教授、李雪明教授都在开发软件和算法上也都做出了卓越贡献。

这个平台是团队合作的成果，也证明了我国自主研发的实力。最近基于更多新技术的自主知识产权成果越来越多，包括一些商业平台开发的技术成果。比如水木未来公司的cryoSMART冷冻电镜自动化软件平台在此基础上进一步结合AI，大幅提升了效率和使用体验，相信能够为未来结构生物学领域的核心科研软件国产化、全面提升国家生物学数据安全做出实质贡献。

/next/狮刀：目前，冷冻电镜的应用面临着哪些瓶颈？王宏伟教授：冷冻电镜目前仍然面临着一些关键的挑战，如气液界面、背景噪音太强、成像过程中辐照损伤、样品颗粒抖动和优势取向等，使得该技术解析分子量较小、结构柔性、性质敏感、易于变性的生物大分子结构仍然非常困难。其中一个重要的瓶颈就是冷冻样品的制备。冷冻样品是含水的，但包埋样品的玻璃态冰膜不能太厚也不能太薄。如果太厚，图像的噪音就会很大，分子的信号就会被冰层淹没；如果太薄，分子就可能会暴露到气液界面之外，从而改变分子的自然状态。因此，玻璃态冰膜的最佳厚度就是比我们要研究的生物大分子的尺寸刚好大一点点，使得生物大分子不会碰到气液界面。这种“刚刚好”的状态，是很不容易获得的。

狮刀：基于石墨烯开发的新型电镜载网，是如何推动冷冻电镜技术效率提升的？

王宏伟教授：石墨烯具有高机械强度、高导电/热、厚度可达原子级（～0.3nm）等特性，是非生物样品和含水生物样品支持膜的理想材料。

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狮刀：您身为一名科学家，对于这项技术从实验室走到产业应用的过程中，有哪些心得？

 

王宏伟教授：尽管我协助创立了水木未来，但我感兴趣的事情一直在是做科学发现和新技术的探索。之所以创立公司，一是对这项技术的需求量确实很大；二是我们的冷冻电镜技术已经成熟到可以商业化了。

早在七八年前，就有很多制药厂、生物技术公司希望能够与我们合作，利用我们的平台解析一些药物靶点的结构，去做新药的发现。但学校科研平台的主要目的是服务于科学原始发现，与服务于企业的目标会有资源分配的冲突。

因此，我们积极地推动水木未来的成立，目的就是希望我们既能为行业和企业提供商业服务，又可以不占用学校的资源。

至于这个目的能否实现，以及能实现到什么程度，在2017年创立水木未来时，我本没有任何明确预期。现在回过头来看，在水木未来努力下，企业的成长和发展已经远远超出了我的预期。

今天，水木未来已经能够为很多企业用户、科研机构用户提供服务，并且能够做出高质量的结构解析，可以说，当年创立水木未来时的初衷已经基本实现。但是作为科学家，我感兴趣的并非商业，仍然是如何把技术做得更好、效率更高。

就石墨烯载网研究来说，我们已经做出了很多新的不同工艺制备的多种石墨烯载网。现在，我依然在实验室里开展新的研究和新的技术发明，未来，当这些技术成熟时，希望可以看到它们继续在水木未来进行转化，为行业和企业提供更好的技术服务和支持。

狮刀：在对结构生物学领域人才梯队的培养方面，您有什么规划？

 

王宏伟教授：人才梯队的培养跟保持科学研究的先进性是密切相关的。我们应该始终把培养人才放在第一位。我认为优秀的人才应该具有创新意识、创新决心和创新能力，敢于挑战难题和未知，兼具提出问题能力和解决问题能力。

我们还要建立良好的制度，让这些人才能脱颖而出，并在科学研究中有所建树。以我们结构生物学领域为例，对冷冻电镜技术及其新原理的探索、应用冷冻电镜做复杂结构的解析，以及对一些重要的生物学靶点、生物学通路机理的分析等工作，都需要这些人才发光发热。