詹·迪翁博士：在纳米尺度改变世界
2025年11月26日
阅读时间：7分钟
一位纳米光子学先驱者运用光技术揭示新数据，推动科学前沿不断拓展。
作者：Laura Beeston
插图：Lívia Prata
创意工程师、企业家兼屡获殊荣的斯坦福大学教授珍·迪翁博士，在分子层面雕琢光的形态。她致力于在健康与可持续发展领域点亮"不可能的科学"，驱动力源于人类尚未探索的一切未知领域。
在那个年代，在她还没有电脑和互联网的时候，她投身科学的灵感源自她最喜欢的电视剧之一：《X档案》。
“我觉得达娜·斯库利和福克斯·穆德能搭档破案特别酷，”珍说，“很长一段时间里，我都想成为超自然现象研究员。”
恰巧在当地书店里，"超自然现象"和"物理学"类书籍摆放在相邻的书架上，于是她开始阅读量子物理学、天体物理学，"以及所有有趣的物理学主题"。从此，她便深深着迷了。
大学期间，珍主修物理学、系统科学和数学。毕业后，她从美国中西部迁居至加州理工学院，并在此获得应用物理学博士学位。
在加州理工学院，詹接触到了纳米光子学——研究纳米尺度下光的行为的学科。"我记得当时了解到某些纳米材料本质上能充当光缩小机器，"她回忆道，"这个领域让我着迷。"
这位材料科学家将纳米光子学研究应用于全球健康、可持续发展和生物化学领域，同时还在化学领域完成了（"有趣的"）博士后研究（"这超出了我的舒适区"），期间主导了在原子尺度操纵光的实验。
她2010年以28岁之龄加入斯坦福大学担任教授兼研究员，此后星途璀璨——她率先证实可见光可发生反向弯曲，并在物理学领域取得突破性发现。
她随后斩获多项大奖——包括奥巴马颁发的总统青年科学家与工程师早期成就奖、摩尔发明家奖学金以及艾伦·T·沃特曼奖——并协助斯坦福大学实现了跨设施共享研究设备的现代化改造。
她的跨学科研究团队D-Lab“致力于构建一个用光检测和治愈癌症、结核病及阿尔茨海默病等疾病的世界”。
D实验室研发出全球首款纳米结构硅芯片，被称为"高Q值超表面"（Q代表品质因数），能够以非凡精度放大并定向引导光线。其应用领域涵盖环境DNA检测、代谢物追踪、可持续化学，以及用于计算和量子应用的光子器件。
若以上成就尚不足以令人惊叹，詹女士还担任Q-Next副总监——该国家级机构正引领着量子信息科学研究与计算的发展。同时，她还是一位企业家。
她的公司南瓜籽科技正在推进这些硅芯片技术，用于高分辨率、高通量的蛋白质测序。南瓜籽的平台比传统质谱技术提供更高的分辨率和灵敏度，能够实现蛋白质组的"光速读取"，从而加速诊断和治疗方案的发现。
"要让人工智能彻底改变医疗健康领域，必须为其配备生物功能分子的数据。蛋白质是生物功能的关键分子之一，但蛋白质序列数据却严重匮乏。"她解释道，并补充说新平台具有更高分辨率、更高通量，且"比质谱成像技术更灵敏——后者半个世纪以来一直是行业金标准"。
南瓜籽公司凭借其优化纳米光子传感器芯片的创新方法在科学界掀起波澜，其"光速读取蛋白质组"的技术有望彻底改变我们对细胞过程的理解，并为治疗方法的开发开辟新途径。
归根结底，她说："关键在于如何利用和控制光线，从而为健康与可持续性研究提供新的视角。"
“大多数情况下，光与分子之间的相互作用效率极低，”詹解释道，“因此我们设计了能增强这种相互作用的材料，不仅为了获取关于生化与生物系统的新数据，更要开始控制这些分子。我们正将光当作化学手术刀使用，从而能够调控分子的行为。”
例如今年早些时候，她与斯坦福大学的团队共同研发了首批用于测绘细胞间机械力的传感器。如今，詹正致力于胚胎发生研究——这一复杂的生物过程涉及细胞的快速分裂、增大与分化。
“某些胚胎存在哪些作用力？这些作用力在从少细胞生物到完整人类或斑马鱼的发育过程中如何变化？”她微笑着提出疑问。
原子尺度的应用
除了发光应用之外，詹还表示她对纳米尺度光吸收技术充满期待——通过调节金属和半导体纳米结构，利用它们来调控化学反应。她的实验室还运用原子尺度表征技术，研究发光纳米材料的光学传输路径。
“我们常规使用环境透射电子显微镜，研究光学材料在不同反应条件下如何发生纳米级和原子级的变化，”她解释道。这些实验能够直接动态地观察纳米材料工作过程中的近原子级结构变化。
例如，她的实验室揭示了氨合成光催化剂在反应过程中如何重构，这种重构既改变了活性位点，也改变了其峰值吸收波长。"我们能够在单颗粒层面实现这些洞察，通过定向成像结合光学和电子能谱技术。因此，这些方法本质上提供了一种高分辨率透镜，能够解析纳米材料运作中前所未见的细节，其目标是利用这些洞察来优化结构和功能。"
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真相就在那里
每年春天，詹教授都会为大一新生开设一门名为《不可能的科学》的课程。这门面向非理科专业的课程旨在探讨"科学发展史、发现如何诞生以及未来可能的发展方向"。
珍认为，让学生（更不用说普通民众）理解这样一个事实很有意义：许多具有重大影响的科学发现往往并非源于人们对应用前景的预见，而是源于在实验室里的随意探索。
这门课很有趣，因为我们可以集思广益，探讨科学未来的发展方向，以及这些科学对社会可能产生的政治或伦理影响。
这关乎理解科学的轨迹与发展历程。
至于她的研究贡献，詹目前对基于机器学习模型的表面增强拉曼光谱（SERS）方法感到"极其兴奋"。
我们正进入一个新时代——尤其在人工智能和计算能力（包括量子计算能力）的推动下——能够对特定拉曼信号进行解读，从而识别出可能存在的分子成分，而无需事先见过该信号。
例如，结核病的培养检测需要数周时间才能匹配抗生素。詹博士设想了一个这样的世界：基于拉曼传感的技术能够在感染确诊当天就识别病原体并开出正确的抗生素处方。
詹补充道，生物传感领域正涌现出诸多令人振奋的应用前景：无论是监测有害藻华、生物威胁检测、废水监控，还是通过细胞表型分析预测免疫疗法效果……
我想相信 🛸
展望未来，詹恩对尚未探索的未知领域充满热忱。"仍有许多未解之谜，研究人员需要在科学前沿创造新数据来攻克这些难题。"
她补充道："无论是健康与可持续发展、更节能的计算技术，还是更快的太空旅行......我们都需要众人齐心协力来解决这些问题。"
我鼓励大家发挥想象力。人工智能不会替我们完成所有艰苦的工作。它充其量只是个绝佳的创意构思工具，却无法提供现成的答案。人类仍有大量工作需要亲力亲为。
她最终得出结论：本质上，艺术与科学之间并无太大区别。
创造的火花如此重要……我们正身处历史如此精彩的时刻。仍有太多待完成的事业，太多未被探索的领域。我认为我们才刚刚触及表面。
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