 于化忠在实验室。
文/戴赟
厚积薄发，从农村娃到名教授
正直不惑之年的加拿大西蒙·弗雷泽大学于化忠教授来自朴实的齐鲁乡野之间。虽然出生在当时各种物质与教学资源相对匮乏的农村，可这并没有束缚住他年少时代对知识的渴望及对科学的向往。相反，对于他来说，小时候艰苦的农村生活是一笔不可多得的财富，造就了他如今吃苦耐劳的品行。
凭借自身的努力，1987年9月，年仅16岁的于化忠顺利考入山东大学化学系，毕业后继续在校攻读硕士研究生。1994年硕士毕业后，犹如命运的安排，于化忠加入了当时年仅31岁，刚从日本回到北京大学任教，现任国家纳米技术与工程研究院副院长刘忠范教授的科研小组，继续他的博士学习生涯。从此，于化忠和表面化学结下了不解之缘。
表面化学研究发生在两相物质界面的物理和化学过程，其应用相当广泛，例如材料、冶金、护肤和化妆品等。从上世纪70年代始，人们对表面科学的研究达到微观水平，如今早已达到纳米级别，这使得表面化学研究得以飞速发展。在攻读博士学位的3年中，刘忠范教授带领于化忠等年轻的博士生们一起不分昼夜地工作在实验室。正是由于整个学术团队的拼搏氛围，在短短的3年间，于化忠累计发表高水平学术论文10余篇。博士读书期间扎实的学术知识积累为他顺利赢得了去美国加州理工学院做博士后的深造机会。
加州理工学院位于风景优美的加州小镇帕萨迪纳，学院规模也正如小镇一样精致，仅有研究生和本科生各千余名。可学校的科研力量不可小觑。虽然是一所理工大学，学校培养了17位诺贝尔奖获得者，并有20余位诺贝尔奖获得者就职于此。在加州理工学院期间，于化忠参加了由1999年诺贝尔化学奖得主，艾哈迈德·兹韦勒（Ahmed H. Zewail）领导的由美国自然科学基金会支持的分子科学实验室。在此期间，于化忠运用兹韦勒独创的激光超快光谱装置成功探讨了在飞秒（10～15秒）级别的化学反应，并发表4篇高水平学术论文（包括1篇美国化学会志的快讯）。此外，于化忠也积极参与其他化学实验室的工作，与弗拉德·安森（Fred Anson）教授的合作, 加深了他对电化学的理解与应用。虽然做博士后研究的工作只有2年，但就在这2年中，兹韦勒及安森等国际大师独立创新，不断探索的科研精神深深地感染了于化忠。完整的学术背景，多位名师的亲身教诲，这些都为于化忠后来独创分子诊断平台以及在电子生物传感器方面做出成绩打下了坚实的基础。
创新拼搏，独创数字分子检测平台
新千年伊始，30岁的于化忠来到了枫叶之国加拿大，顺利应聘于著名大学西蒙·弗雷泽大学，成为一名化学系助理教授。当时西蒙·弗雷泽大学刚刚成立35年，是加拿大最为年轻的大学之一。新兴大学总是充满朝气与活力，学术氛围更是推崇大胆创新。学生与教授的交流，教授间的交流、跨学科间的交流、以及与校外学术科研和工商业机构的种种交流促成一股无形的推力，一起推动着这个年轻的大学逐步扩大自己在世界范围内的学术影响力。在这个独立科研，自由讨论，崇尚创新的学术氛围中，于化忠如鱼得水。此时，他的人生也真正开始起航。
在此前博士期间的学习中，于化忠专攻金表面有机单分子膜的电化学研究。金因为其化学惰性以及易清洗的特点被广泛地用于表面化学研究中作为基底材料。金表面的自组装是指一无序系统，例如溶液中的有机分子，在没有外部的干预下，自发地形成两维或三维高度有序组织和结构的过程。这一过程可以控制原子或分子形成复杂和功能化的纳米结构或微型机器。在涂层防护、防腐蚀以及生物传感器方面，自组装被认为有很好的应用前景。在2001年，因为制作工艺简单、成本低廉、长期可靠的数据存储性、可记录光盘等特点早已被广泛应用。曾经研究表面化学的于化忠把自组装分子和可记录光盘联系到了一起，他想能否在光盘上进行有机分子的自组装呢？答案是肯定的。因为可记录光盘不同于其他普通光盘的地方在于，可记录光盘里面有一层薄薄的金作为激光反射材料。只要把这层金暴露在表面，那么它不就是为有机分子自组装提供了一个良好的基底吗？说干就干，通过反复试验后，于化忠发现仅用浓硝酸处理即可消除光盘上的保护层并暴露藏在里面的金层，随后，他通过多种物理表征的方法证实了光盘里面的金层完全可以用来作为自组装单分子层的基底，并与市场上商业化的金基底没有任何差异。这一创新的技术看似简单，但正是因为它的程序简单，成本低廉使得其具有更重要的实际意义。以这项创新为基础，于化忠成功申请了多项加拿大科研基金。
除了进一步发展光盘项目外，于化忠还对金表面的脱氧核苷酸（DNA）单分子层同时进行了基础和应用研究。基础研究是为了更好地服务于应用，即设计出更好的基于DNA的电子生物传感器用于医学及环境监测。从物理化学、材料化学，到分析化学，于化忠始终保持着对科学的热情。高质量的研究工作得到了同行们的认可，2004年，他获得加拿大为杰出青年化学家设置的Fred Beamish奖；并应邀在美国加州举办的Gordon Research Conference作有关生物传感器的专题报告。
在不断发展电子生物传感器的同时，于化忠想到为什么不把光盘用来进行医学检测呢？他立即想到了光盘的读写原理：烧录光盘时激光会在光盘上的染料层烧出一个个孔洞，因为这些孔洞使得激光的反射变化，因此这些孔洞和没有孔洞的地方就实际形成了一个个“0”和“1”。如果把生物传感器移植到一张空白的光盘上并以此时的激光信号作为背景，那么被检测物质的出现肯定会改变之前的读写信号。
但要实现这一目标并不容易，如何移植和固定生物检测分子，如何检测信号的变化，这些都需要做大量原创性的工作。面对困难，于化忠并没有退缩，在经历了无数失败之后，功夫不负有心人，2008年，于化忠的科研团队成功地赋予了光盘新的使命——作为数字分子检测的平台。同年，这一开创性的成果被美国化学会杂志《分析化学》所报道。美国海军实验室的里格勒（Ligler）教授在《自然》上撰文特别推荐，充分肯定了这一技术的实际应用意义并乐观地预测未来人们大可以在家里用普通电脑做自我诊断。基于他在科研和教学上的突出成绩，于化忠分别在2005年、2009年被破格晋升为副教授和教授。
心系祖国，积极参与国内合作
于化忠已在海外10余年，这期间他与国内的学术交流从未间断过，受邀回国访问作学术报告多达20余次。其中包括远在西北的中科院西北高原生物研究所、兰州大学以及香港大学、香港中文大学。2007年，他受邀回到母校北京大学作专题演讲。
在成功试验数字分子诊断技术后，于化忠想到推广这项技术的第一个地方便是自己的祖国，他希望自己的技术能够帮助祖国的环境工作者现场快速地测出污染指标，希望低成本的技术能够帮助改善农村的医疗检测条件，让更多的病人能够早发现，早治疗。2009年，于化忠积极参与了与中科院西北高原生物研究所的合作，并顺利申请到了中科院王宽城科研奖金。环境污染相对严重的山西省注意到于化忠这一先进技术。2010年年末，山西省人力资源和社会保障厅张健厅长一行在加拿大举办了海外人才洽谈会，专程参观了于化忠实验室，考察数字分子诊断技术，双方正式签署了数字分子检测技术项目合作意向书。
于化忠期待自己能在国内的相关领域作出更大贡献。
于化忠（后排左一）和研究团队的成员们。 |
