DNA纳米技术揭开了生命科学的新篇章，同时也开创了科学技术进步的新时代。今天做客Light人物的嘉宾便是长期在纳米光子学、生物学和化学交叉研究中探索DNA纳米技术的先锋，来自德国斯图加特大学的刘娜教授。

在科学探索之路上，她坚信勤奋和坚持，正如古诗云：追风赶月莫停留，平芜尽处是春山。她是新时代优秀科研女性的代表，绽放着智慧与美丽的“她”光芒，她是在微观尺度上发掘DNA奥秘的先锋者，也如我们一样，面临着如何平衡工作和家庭的难题。她既坚定执着，也常思己过。在她身上你既能看到科学家的光芒四射，也能看到为人父母的责任与养育之道。接下来让我们一起领略刘娜教授的科研心得与人生哲学。

刘娜 教授

刘娜教授在德国斯图加特大学获得物理学博士学位，随后于加州大学伯克利分校从事博士后研究，并担任莱斯大学德州仪器公司访问教授。在2015年成为海德堡大学基尔霍夫物理研究所教授之前，她曾在马克斯·普朗克智能系统研究所担任独立科研小组的组长。2020年，她加入了德国斯图加特大学，担任第二物理研究所所长。

她的研究兴趣是多学科的，她从事纳米光子学、生物学和化学之间的交叉学科研究。她的团队专注于开发复杂的智能化光学纳米系统，以研究结构生物学问题以及局部环境中的催化化学问题。

刘娜教授获得了许多著名奖项，包括德国物理协会Hertha-Sponer奖(2010)，纳米科学AGENT-D奖 (2011), 洪堡基金会索菲亚奖 (2012), 汉斯玛雅-莱布尼茨奖 (2014), 欧洲研究委员会(ERC)启动资助奖(2014)，欧洲光学青年女性光子学奖(2015)，国际光学工程学会的青年杰出研究者奖(2016)，卡韦里协会材料科学青年科学家奖(2018)，Rudolf-Kaiser奖(2018), SPIE科学新秀奖(2019), Adolph Lomb奖，纳米快报青年研究员讲座奖(2019)，欧盟40材料科学奖(2019)，此外她还是马克斯普朗克学会会士(2020)，美国光学学会会士(2020)，皇家材料学会会士(2023)，美国物理学会会士(2023)等。

采访嘉宾：刘娜（德国斯图加特大学）

本期特邀通讯员：王卉、于存

原文信息：Wang, H., Yu, C. Light People: Professor Laura Na Liu. Light Sci Appl 13, 26 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41377-023-01356-3

Q：您能简要介绍一下您目前的研究方向和主要内容吗？

A：目前，我们的目标是从头开始建立基于DNA细胞模拟物组成的人造工厂，它可以在简化的系统中更自由地模拟细胞的某些独特特征，或者可能不同于甚至超过生物同类的功能范围，例如，具有专门设计的光学响应和反馈的人工纳米系统，以实现有效的能量转移和耗散。洞悉如何建造具有完全协调组件的人造工厂，将为了解生命起源所必需的特性提供有价值的理解。利用物理模型解决设计问题的探索也可能帮助我们理解细胞是如何解决相同问题的。

Q：您不仅在等离子微纳领域硕果累累，近年来又在结构生物学领域佳作频现，向我们展示了DNA在光子学、存储、生物合成、生物马达等方面的广阔研究前景。您是从什么时候开始关注到DNA这种物质的？您认为是什么让DNA能够拥有如此丰富的应用前景？

A：我对DNA技术产生兴趣是源于当时我在伯克利保罗·艾利维萨多的实验室做博士后的科研经历。我意识到DNA纳米技术可以成为超越自上向下光刻技术的终极工具，实现1-10纳米的精度，并将纳米光子系统扩展到在三维空间且具有完全光学可调性。除了作为遗传物质外，DNA还是构建智能纳米级系统器件的理想材料。DNA纳米技术创始人纳德里安·西曼的最初想法是希望使用DNA来组织蛋白等生物体构建晶体。后来在2006年，保罗·罗特蒙德将DNA折纸的概念引入，这是个具有革命性的概念。DNA折纸比离散的DNA链具有更高的刚性。最重要的是，它允许在单个模板上组织单个功能组，具有前所未有的精度、序列特异性、可寻址性和可编程性。这可实现纳米光子元素的准确定位，包括金属纳米晶体、荧光团、量子点、上转换纳米颗粒等，并通过各种外部驱动方式使它们按照人们想要的方式运动，且其空间定位准确性在纳米级别。因此，它开辟了可编程纳米光子学的道路。

DNA纳米技术的美妙之处在于它处于许多学科的交叉点。DNA纳米技术之所以能成为一个非常热门的科学研究课题可能在于，来自物理、化学、生物、数学、工程和材料科学等不同背景的科学家都可以将其作为研究对象，并将之作为解决自己研究领域问题的工具。

2016年为庆祝DNA折纸纳米技术10周年的纪念画。DNA折纸纳米技术人员总是期待着新的挑战和机遇。（图片由Ebbe Sloth Andersen博士提供）

Q： 您在等离子体微纳器件和DNA结构学等方面做了大量的基础科学研究，那您觉得这些技术距离走出实验室进行产业化应用还有哪些瓶颈亟待突破？

A：基于DNA的纳米光子器件的商业化和产业化仍然面临着很大的挑战和悬而未决的问题。比如说，尤其是大型和复杂的DNA结构，DNA合成的高成本还有待进一步降低，需要开发先进的计算工具来优化装配路径和预测结果。最重要的是，为了满足实际应用的需要，动态纳米光子器件的开关速率、可逆性、稳定性和性能必须要大幅提高。尽管目前对这些挑战已经有了非常不错的研究成果，但创新的解决方案和进一步的探索仍在等待着我们。

2022年斯图加特大学的科学开放日

Q：您的研究领域涉及化学、生物学、纳米光学等，您如何看待交叉学科？又是如何寻找和聚焦新的研究方向呢？

A：我一直相信，我们了解得越多，学科之间的界限就越弱化。最终，不同的学科将会融合交织在一起，因为我们所做的一切都是寻求同一个目标——理解自然和宇宙。

在我看来，发现新的研究方向的关键是对自己还不了解的事物保持好奇心。当我参加会议时，我经常去听与我当下所作无关的报告。我对其他领域正在发生的事情很感兴趣，即使我可能永远不会去悉心研究它。但是，新的思维方式和想法可以从接触超出你舒适区的全新知识中得到迸发。

Q：您在33岁时获得德国洪堡基金会针对培养杰出外国青年科学家的索夫亚－克瓦雷夫斯卡亚奖，共计150万欧元的研究经费，这个奖项对您日后的科研生涯产生了怎样的影响？

A：这是我人生中最重要的转折点之一。如果一个年轻的研究人员，特别是一个国际研究人员，想在德国开始他/她的科学生涯，亚历山大·冯·洪堡基金会的这个项目我会极力推荐。洪堡协会给我提供了非常慷慨的资金支持，马克斯·普朗克研究所给我减轻了许多行政负担，为我提供了一个非常棒的研究环境，这包括共享科研设备和密切合作。

2012年索夫亚－克瓦雷夫斯卡亚奖在柏林的颁奖典礼

Q：您曾在海德堡大学物理系工作，任终身教授，为什么会在2020年选择加入德国斯图加特大学？加入斯图加特大学后您觉得您有哪些改变？

A：搬迁主要是由于家庭问题，尤其是照顾孩子。当我在海德堡工作时，我不得不乘火车往返于两个城市之间。当孩子还太小的时候，是非常具有挑战性的。

刘娜教授在德国斯图加特大学的实验室工作

Q：您是Science Advances副主编，也是Nano Letters等期刊Editorial Advisory Board成员。同时，您还在多个知名学术期刊上发表100多篇学术文章（H指数：62），您认为如何才能写好一篇学术论文呢？

A：我不知道我是否处在合适的位置来评论怎么样写一篇好的学术论文， 因为我也经常为论文而感到焦虑。但是，我很乐意分享一些我给我的学生在写论文时候的一些建议。首先，如果一开始你认为一个项目没有足够的新颖性，那就不要开始这个项目。以便节省精力和资金。第二，有了实验数据以后要有一个好的图片故事并且写一个有吸引力的摘要。在写作时，避免夸大其词，因为好的结果不言而喻。第三，在论文写作过程中，积极与导师沟通，确保自己保持在正确的轨道上。否则，你的初稿很可能会在他/她的垃圾桶里被发现。此外，让资深的实验室同事和母语人士来帮忙润色你的语言，纠正你看不到的错误。让你的导师或者和你的合著者帮忙进一步润色论文。最后，提交你的论文，并祈祷它能被顺利送审和接收。

Q：今年，您还参加了由Light: Science & Applications，iCANX，联合国教科文组织“国际光日”组织委员会联合主办的“2023中国光学与光学工程博士生学术联赛”的活动并担任评委，您如何评价这个活动？您对Light: Science & Applications期刊的发展有什么建议？

A：我很荣幸能参加这次活动，它为研究生们提供了一个展示、互动和学习的绝佳平台。我非常感谢主办方为这次活动的成功所做的大量工作和努力。学生们的演讲主题丰富多样，涵盖了光学和光学工程方面的广阔的专业知识。此外，这些学生来自中国不同地区的大学，而且男女比例较好，女性候选人总数约20%～30%，虽然还有改进的空间，但这个问题仍旧是我们这个领域的一个普遍问题。

关于《光：科学与应用》这本杂志，它已经是光学领域的旗舰期刊。贵期刊能够如此成功的原因之一要归功于它幕后的编辑们，他们非常热爱自己的工作，对科学充满热情。我有一个小建议就是，贵期刊可以为杂志的作者们设立了一个专栏，分享他们科研工作背后的故事，包括：最初的想法是如何产生的，合作是如何开始的，作者们都遇到了哪些困难以及哪些糟糕和奇怪的数据等等。这些内容对于刚刚开启科学生涯的年轻研究人员来说既有趣又具有启发性。

《光：科学与应用》编辑袁境泽博士于2022年参观刘娜教授的小组

Q：您有什么好的科研习惯分享给大家吗？

A：每隔两周，我就把我感兴趣的最新论文收集在一个文献文件夹里。然后我统一阅读（常是周六或周日晚上）。有些论文，我会做深入阅读，有些论文，我只是快速浏览，以掌握大概的理念。

Q：作为团队负责人，您是如何领导和管理团队的？

A：我试图建立一个协作、开放和充满活力的团队。随着团队规模的不断壮大，团队成员之间的协作变得越来越重要。团队成员之间要分享专业知识，共同完成目标。这也是团队成员内部之间的“技术传承”，通过这些可以实现团队的连续性和建立良好的团队精神。

除了每周的组会，我们每月还会召开特别的项目会议，进行热烈的讨论，特别是针对困难和意外的实验结果。我鼓励我的小组成员申请个人科研基金，这样就能锻炼他们逻辑思维，提案写作和面试的技能。我也会让我的学生们去参加许多国际会议，学习如何提高自己的演讲技巧，并在观众面前变得自信。最重要的是，他们在很年轻的时候就可以接触他们的同行和领域内优秀的研究人员，以便他们建立未来的合作。

2022年刘娜教授团队成员合影

Q：在您的工作中，您最大的收获是什么？

A： 因为我的工作，我变得更加自律和目标明确。为了更好地平衡工作和生活（可能对于一个教授而言，这些从来没有真正的平衡），我必须为很多事情做计划，比如项目会议、研究所事务、教师会议、教学、出差、照顾孩子等等。自律是协调多重任务的有效方法。我还是一个很守旧的人。我不使用谷歌日历。我有一个记事本，我会把每天需要做的任务和计划都写在上面。

Q：今年3月8日，您参加由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发起并与iCANX联合举办的Rose in Science活动，您能谈谈您的参与感受吗？对于此活动，您有什么建议么？

A：这是一段学习、支持和与其他女科学家分享交流的旅程。由于新冠肺炎疫情，会议在线上举行。如果这个活动能在现场进行，年轻的女学生作为现场观众，她们可以直接参与并互动，那就更完美了。

刘娜教授参加2023年Rose in Science活动

Q：您职业生涯中印象最深的困难或者挑战是什么？您是如何战胜它的？

A：孩子是我生活中最大的变化，一开始这很有挑战性。工作开始堆积如山——有很多未回复的电子邮件，我也失去对项目进展的跟踪，经常需要婉拒参会的邀请，甚至没有时间为论文和基金申请被拒而悲伤。真的很有挫折感，但是有一天我的孩子指着她的漫画书中的一张图片说，这是妈妈。我仔细看了看那张图片，是一位女士，她坐在一张桌子旁边，一边看书，一边把手放在额头上，显出一副脾气暴躁且疲惫不堪的样子。我震惊地意识到，我已经把自己变成了一个非常不快乐的人，这就是我在孩子眼中的样子。我也意识到，把照顾孩子和工作混在一起是一个很大的错误，因为两件事都没做好。在那一刻，我决定做出改变。解决办法就是在工作和照顾孩子之间划清界限。当我和孩子在一起的时候，我尽量不去想我的工作。当我在工作的时候，我完全专注于它。尽管我每天仍然有很多未完成的工作，但我不再对自己生气，并接受这是我生活的新阶段。

图9：刘娜教授孩子漫画书里的图片

Q：您的偶像是谁？为什么？

A：我没有一个明确的科学偶像，因为有太多伟大的科学家值得钦佩。在过去的两年里，我一直在我们大学教授高等凝聚态物理这门课，我向学生们讲述那些伟大物理学家的开创性工作和他们背后的故事，最有意义的是，他们是在什么背景和基础上建立这些物理模型的，这真的很令人着迷。那真的是物理学的黄金时代！想象一下，在索尔维会议上，有史以来最伟大的物理学家，如爱因斯坦、玻尔、狄拉克、玛丽·居里，薛定谔等人都能坐在一起，致力于解决物理学中卓越的开放性问题，这该是多么令人振奋啊。那么，我们现在是否处于物理学的一个新的黄金时代？

Q：您的爱好是什么？

A：我喜欢去不同的地方旅行，体验不同的文化、不同的人、不同的食物。我现在的爱好是和女儿一起堆沙堡和园艺。

刘娜教授在瑞士的葡萄园

Q： 对年轻的科研工作者您有什么建议？

A：当我小的时候，我从来不是班上最聪明的学生，但我一直是最坚毅的孩子。我相信树立自己的目标并为之努力，在这个旅程中即使错过了月亮，你也会降落在星星之间。坚持不懈，我相信生命中总会有第二次机会。

本期特邀通讯员

王卉，现任中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（长春光机所）国际合作处副处长，主要从事国际交流，科学传播，国际人才合作等工作；曾任长春光机所与自然出版集团合作期刊Light: Science & Applications的创刊英文编辑，在《编辑学报》、《国际人才交流》、Light: Science & Applications等期刊发表文章20余篇，并应SPIE邀请在SPIE Women in Optics发表文章。她是Rose in Science活动发起人，也是iCANX Story（大师故事）栏目的共同发起人兼主播，曾采访多位国际知名科学家，如诺贝尔物理学奖获得者Donna Strickland、诺贝尔化学奖获得者Jean-Marie Lehn，德国物理学会第一任女主席Johanna Stachel，IEEE光子学协会主席Carmen Menoni，澳大利亚科学院院士Chennupati Jagadish，英国皇家工程院院士李琳，埃尼奖首位华人获奖者王中林等。

于存，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（长春光机所）国际合作处职员，主要负责中白国际创新中心外联、俄乌白国际合作与交流等工作；在《国际人才交流》、Light: Science & Applications杂志上发表多篇文章；中国科学院科技翻译工作者协会会员。（来源：中国光学微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-023-01356-3