麦克阿瑟天才如何使用1美元显微镜改变世界
中国生物技术网 · 2016/10/16
这位36岁的斯坦福大学生物工程教授,最出名的是合作开发了折叠显微镜(Foldscope)。这是一种便携式的纸质显微镜,花费少于1美元。这项发明获得了麦克阿瑟基金会62.5万美元的天才奖。


这是2016麦克阿瑟天才奖获得者Manu Prakash发明的价值1美元的纸质折叠显微镜

Manu Prakash在印度长大,他对骨骼非常着迷。找到了只死兔子后的他,会煞费苦心地清理干净,并将200多块骨头重新组合起来。

Prakash说:“这从物理上使我感觉到每种物体都非常精密复杂,我看得越多,就想看得更多。”

这位36岁的斯坦福大学生物工程教授,最出名的是合作开发了折叠显微镜(Foldscope)。这是一种便携式的纸质显微镜,花费少于1美元。这项发明获得了麦克阿瑟基金会62.5万美元的天才奖。我(笔者Brian Resnick)最近通过电话与Prakash联系,谈论了密集观察和拟真式科学的方式。

从我们的对话中,我了解到为什么他被认为是天才。不仅仅是他通过观察自然现象建立新型的用于对抗疾病的重要工具,还因为他通过创造工具的方式传播了更为重要的事情:来自大自然的奇妙感觉。奇妙的感觉是使人们探索科学问题的最初动力。

Prakash的工作主要分为两部分。首先是理论科学。在斯坦福的实验室中,Prakash试图弄清楚微观世界的物理现象:他和他的团队发现了一些昆虫可以在水上行走的秘密,以及少量的化学物质如何使水滴像生命体一样运动。之后Prakash尝试使用工具重现这些优雅的自然界的运动,比如明信片尺寸的疟疾测试,或者由手动曲柄供能的用于药物测试的“芯片实验室”。

Prakash说:“关于物理的想法,可以想一下玩具模型,这是最简单的可以捕获现象事件的模型,但是却精简到最简单的形式。我们对自然现象理解得越多,无论是生物还是物理领域,我们就越能够制造出更有力的工具。”

这种朴素的想法不但在科学方面帮助了Prakash,还使他对其他方面的好奇心更加强烈。

目前,Prakash已经向学生、研究人员等分发了成千上万的折叠显微镜。这种显微镜的透镜非常强力,能够看清楚血液中的浮动的红细胞。Prakash希望这种设备可以像铅笔一样成为日常工具。这是“节俭科学”活动的一部分,该活动的目标是使科学工具在全世界范围变得更容易获取。

以下是我们的对话,为了长度合适且更加清晰的表达,已经重新编辑。

热爱科学就是热爱发现,欣赏美丽,成为探索者


Manu Prakash

Brian Resnick(下文简称BR):折叠显微镜的目的只是使人们对科学观察感兴趣,对吗?

Manu Prakash(下文简称MP):显然,自然界中发生着非常令人惊奇的事情,它们就发生在我们面前,而我们却忽略了它们,我们可以让更多的人关注这些事情。

一旦人们有了自己的折叠显微镜,我们不需要告诉他们去看什么。对于我来说,这有哲学上的意义:对我们每个人来说最重要的发现,是我们自己的发现。

我能够在网上查找任何事情,我可以看到红细胞长什么样子。但是看到自己的细胞,看到自己的T细胞爬来爬去,这是非常不同的体验。科学体验以及如何使这些体验成为真实的,是非常宝贵的。

当人们得到折叠显微镜后,我们有一个请求:请在microcosmos.foldscope.com上分享你的发现。

这个网站没有等级制度。上面有我和其他科学家写的文章,也有6岁儿童写的文章,还有在印度和巴基斯坦的小村庄里的人写的文章。


Microcosmos网站用户MITALIII使用折叠显微镜记录了脏水中的钟形虫图像。

BR:所以,你向全世界分发了成千上万的折叠显微镜。这之后有什么故事令你非常震撼吗?

MP:故事很多。这个工具很有趣,但是社区才是最令人鼓舞的事情。一个6岁的小女孩发表了一系列的帖子。在电影《冰雪奇缘》的鼓舞下,她开始思考,如果她是设计师的话,会如何制作电影中使用的迷人的晶体结构。

她研究了数月她能找到的所有晶体,从药柜中,从冰淇淋中,从太妃糖中。她一点点取得进展并最终进行实验,这一切令人不可思议。

有无数这样的故事。这是个人以及思考方式的持续进步。


一个6岁的小女孩使用折叠显微镜研究小苏打晶体,并在实验本上绘制了它们的结构。

BR:这种经历的教育意义显而易见,但是很难定义。你是如何定义它的呢?

MP:经历与人同在。我知道很多生物学家,包括我自己,最开始就是通过显微镜观察,这会产生一种难以描述的奇妙感觉。

BR:儿童时期,我收集过矿物。我有一种矿物和晶体的插画书。而你对动物骨骼非常感兴趣。

MP:这听起来有点吓人,但我小时候确实会寻找死兔子然后用过氧化氢清理干净,直到骨骼变成白色。而兔子的骨骼数量与人类大约相同。得到这些小骨头后,我花费4个月时间建立了完成的三维骨骼。

我用过很多动物做这件事情。这很令我着迷,因为当我使用过氧化氢清理时,这些骨头会混合起来。我必须了解每块骨头才知道如何将它们拼起来。我不知道我为什么对这个感兴趣,但事实就是如此。

BR:在你那么小的年纪,做这件事的动机更多是感觉很酷,而不是科学本身。这更像一个游戏。

MP:我感觉更多是因为这件工作的具体方面。它从物理上告诉我,各种物体是多么的精密复杂。每当看到得更深,我就会感觉有更多需要知道的东西。看到得越多,就越想看到更多。

关于节俭科学


BR:所以你帮助构思了“节俭科学”的想法,这种想法指的是,科学材料应该更加便宜,容易传播,并且公平合理。你对节俭科学的定义是什么,关于这点有什么需要人们知道?

MP:最好的工具就是你携带的工具,而不是放在家里的工具。从一开始,当你需要设计一个方案时,它需要被扩展到全球范围。

有了显微镜,目标是使得一些非常粗犷的事物变得可以携带并且功能更强。

我们认为,应该有一种可以独立操作而不依赖于手机或者相机的设备。也有人认为可以附加在手机或者相机上以并记录。但是独立使用是很重要的。

BR:所以,你是试图采用已有的工具,比如显微镜,还是打算建造新的工具?

MP:二者都有。其中一种是从科学家每天都使用的强力工具中找到灵感。它们需要被改造,以适用于现场部署。

这也适用于我们还未发明的新工具。主要是由于,如果你长时间观察物理现象,想出以什么方式利用它们,比如利用它们建立工具。这一定需要很多工作,并且需要更长的时间,但这是在创造一种新工具。新的能力并不能总是轻易获得。

BR:你能举个例子吗,符合节俭科学理念的全新工具。

MP:加州大学洛杉矶分校的物理学家描述了一种从透明胶带中得到的很漂亮的纸,他证明了剥落这种透明胶带可以产生X射线。

BR:哇!

MP:这很疯狂。想一下,真是太不可思议了。他证明了,只要使用胶带和真空,就可以给别人做X射线透视了。它现在已经被转让给一个公司。但是,目前为止,X射线仍然太强。关于X射线建立了上百种不同的工具,但是科学家们仍然使用传统的方法生成X射线。

BR:我可以在家里做吗?

MP:当然可以。你知道刺耳的声音吗?这些声音就是X射线产生时出现的。你可以把单反相机放到光线很暗的环境中,在胶带剥落的时候可以看到光子被吸收。

培养好奇心


一位印度学生使用折叠显微镜拍摄的蛇皮图像

BR: 你认为好奇是可以被教会的吗?

MP:我没有见过不好奇的人。我们的本性如此。

我们想成为全球的焦点。我们相信,纳米比亚的孩子、阿拉斯加的孩子、印度的孩子可以互相交流,这非常有价值。我使用“孩子”这个词来代表好奇的人。我是孩子,你也是孩子。

BR:你会悲观吗?

MP:如果我有一点悲观的话,那么就不会做我现在的工作。我感觉很幸运,可以以任何方式和形式对事物进行思考,思考科学的广度。科学使我快乐。我很惊讶为什么更多的人没有这种感觉。我试图通过分享发现和工具来理解事物。

BR:我悲观的是,人们并不是喜欢思考科学,甚至还会拒绝。反科学的事一直存在。有的人你永远无法说服他,对吗?

MP:努力之后即使失败也很开心。原因是,我认为很多拒绝科学概念的人没有遇到真正的科学。

科学是“我”在乎的开放问题。每个人都有关心的问题。我想要有足够的工具去探索这些问题。另外一些人则采用纯粹的哲学方式,还有的人使用纸和笔。最重要的是改变科学是什么的观点。有的时候仅仅需要戴上眼睛,甚至不需要显微镜。

还要给人们一点时间。折叠显微镜的价值在于,目标是一旦完成工具便存在了。你只需要带着它。你也许会把它放到书架上2个星期,然后突然说“让我再看一看”。在家里隐密处,在自己环境中的隐密处,在森林中,当没有人看着你的时候,你就可以表达一些事情。

接下来呢?


在一天早上,Prakash发现了一些奇怪但美丽的花瓣,他使用折叠显微镜拍摄了这张花瓣图像。并写到:“我刚刚冲好咖啡,看到一朵小白花像灯一样在闪。我不能相信自己的眼睛,这看起来像是花朵自己产生了光。其实是光在花瓣上以一种奇怪的方式闪烁。像这样的小发现就足够我采取进行一步的观察,我确实把这朵花摘了下来。”

BR:你刚刚当父亲,有一对4个月的双胞胎女儿。当了父亲之后改变了你对解决问题的观点吗?

MP:当然有。她们观察的时候我会观察她们。我可以看她们24个小时,不知疲倦。

坦白说,我一直有这样一种想法,未来是属于眼前人的。现在,在某种程度上我的手中掌握了未来。这是一种感恩的感情,同时也是再次被点燃的激情。

她们正在构建世界的模型,如果我给她们一本书,这对于她们来说不是一本书,而是一把锤子。她们开始用它敲打东西,或者利用重力丢掉它。我感觉这非常有趣。

随着时间推移,她们也许会变得更加好奇,因为所有的东西都是第一次看到。在这个世界上生存时间久了,我们会在自己周围建立起屏障,阻止这些观察。

BR:你已经是个好奇心很强的人,她们使你更加好奇了吗?

MP:当然。

BR:最后的问题。麦克阿瑟奖金对你有什么改变吗,生活、志向,以及科学方面?

MP:我并没有期待这笔奖金。这是个荣誉,但是我并没有考虑接下来的事情。我知道接下来将面对很多事情,我非常兴奋,但是我刚刚开始考虑这意味着什么。

BR: 接下来会怎样?

MP:在接下来的几周我会和实验室的人一起去马达加斯加。我们要把我们的工具带到野外测试(用于跟踪蚊子种类)。我们在那里的学校举办了一些研讨会,目标是思考在马达加斯加大规模部署实施。同时,我会到外面去发现更多的问题。

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