美國科學院由美國國家科學院（NAS）、美國國家工程院（NAE）以及美國國家醫學院（IOM）三院組成，美國科學院院士、工程院院士、醫學院院士，代表了這三個領域的最高榮譽。

謝曉亮

近十年來，他獲得的主要榮譽有

2006年當選生物物理學會會士

2008年當選美國藝術和科學院院士

2008年當選美國物理學會會士

2009年獲得美國能源部勞倫斯獎

2010年當選中國化學學會榮譽會士

2011年5月3日當選美國科學院院士

2015年獲美國阿爾伯尼生物醫學獎

（首位華人獲得者）

這樣一位傳奇人物，

他的科學人生是怎樣的呢？

……

1962年，

謝曉亮出生在北京的一個書香之家，

父親和母親均為北京大學化學系教授。

從幼兒園、小學、中學到大學，

他一路在北大的校園里長大。

北京大學

他從小就喜歡科學，

小學時最愛玩無線電收音機、遙控飛機、遙控輪船，

還幫朋友修車。

他動手能力比較強，

所以后來做實驗科學，

儀器在他手里像玩具一樣。

上中學時，

他已經有了當科學家的理想。

北京大學化學樓 

1980年，

他考入北京大學化學系，

大學四年，

他成績優秀，但不追求最高分。

他的興趣十分廣泛，

在讀化學系同時，

還花很多時間旁聽了物理系和數學系的課程，

如統計物理、量子力學、電磁學、統計學、概率統計、計算機編程等，

雖然這些課程不記學分，

但是可以拓展知識面，

對他后來的科研很有幫助。

他還利用暑假到實驗室做實驗，

學有機合成，又寫計算機程序做化學計算。

在拓展知識面的同時，

他深入鉆研科學問題。

在修基礎課的過程中，

他經常探討一些超出課堂知識的深奧問題，

給自己出一些研究課題，

一旦解決了，

就非常高興。

他由此養成了深入思考問題的習慣，

“后來從事科研后體會到，科研中最重要的是想到別人想不到的地方。”他如是說。

大四的時候，

謝曉亮跟隨蔡生民教授做畢業論文。

蔡生民教授八十華誕慶祝會

“他是一位電化學家，實驗能力很強，我跟他學了很多如何研制儀器的本領，特別是電化學的高靈敏度測量。做畢業論文研究時，我寫了一個計算機程序來控制一個電化學反應，這是我在實驗室做研究的第一個小成果。”

1984年大學畢業時，

他和大學同學、女朋友宋琳一起參加了CGP留美考試，

這個項目當時每年在中國挑選50位杰出的化學專業學生到北美攻讀研究生。

因為當時對實驗室的研究很感興趣，

沒有花時間準備。

宋琳考上了，他沒考上。

他開始聯系自費留學，

被美國幾所大學錄取，

他選擇了加州大學圣地亞哥分校。

加州大學圣地亞哥分校

1985年夏，

謝曉亮抵達美國，

開始了在加州大學圣地亞哥分校的學習，

他選擇了從事超快激光研究化學動力學的約翰·西蒙（John Simon）教授做自己的導師。

一天晚上，

他“開夜車”做一個西蒙建議的光分解的實驗。

第二天早晨8點，

他將數據留在西蒙的辦公室，

回家睡了一會，

中午12點回辦公室時，

西蒙高興地說：“曉亮，這是你的第一篇論文。”

做出第一個成果后，

他開始想自己找題目做。

研究生第二年時，

他給西蒙寫了一個項目建議書，

用快速圓二色性光譜檢測生物大分子構象。

西蒙非常支持，

讓他按自己的主意獨立研究。

經過努力快速圓二色性光譜成功了，

成了他的博士論文題目，

謝曉亮將它應用到生物物理的幾個不同體系，

也因此對生物學產生了越來越大的興趣。

  
加州大學圣地亞哥分校

1989年博士畢業后，

謝曉亮去芝加哥大學著名物理化學教授格雷厄姆·弗萊明（Graham Fleming）的實驗室做博士后。

臨走前，

西蒙告誡他不要繼續做圓二色性，

要學新東西。

謝曉亮當時不理解，

因為他非常喜愛自己發明的新技術。

但現在回過頭來看，

他很感謝西蒙的好建議。

到了芝加哥，

弗萊明問他“你想做什么？”

謝曉亮記住了西蒙的忠告，

對弗萊明說：“我現在還沒有成熟的想法，你能不能給我一個建議？”

弗萊明建議他學熒光測量技術。

他很快為弗萊明搭建了一個飛秒分辨率的熒光光譜測量裝置，

將它用于光合作用機理、電子轉移和能量轉移快速過程的研究。

他說：“這對我后來做單分子研究很有幫助。”

在弗萊明的實驗室，

謝曉亮的博士后工作還沒有到期，

一個機會就找到了他——美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）邀請他參加工作面試。

美國太平洋西北國家實驗室（PNNL） 

PNNL始建于1965年，主要服務于漢福德基地的應用研究，而漢德福基地正是第二次世界大戰“曼哈頓工程”中生產出第一顆原子彈的核材料的地方，但是核材料的生產也污染了環境。20世紀80年代末冷戰結束，美國聯邦政府每年投入20億美元用于環境治理，并于1986年耗資2.5億美元在PNNL創建了環境分子科學實驗室，希望從基礎研究入手解決環境治理問題。1989年PNNL請來了耶魯大學教授史蒂夫·科森（Steve Colson），負責實驗化學物理項目，組建研究團隊。科森找到了約翰·西蒙，西蒙推薦了謝曉亮。

當時激光領域有一個很大的突破——鈦寶石激光技術面世了，

謝曉亮馬上建議弗萊明試用這個技術，

結果在租來的新激光裝置上，

謝曉亮很快做完了所有想做的實驗，

包括以后想要在PNNL做的實驗。

他開始思考新的研究方向。

在PNNL面試前的兩個星期，

謝曉亮在《科學》上讀到了貝爾實驗室埃里克·白茲格（Eric Betzig）一篇近場光學顯微鏡的論文。

“我當時在研究做光合作用，很希望有一個空間分辨率比較高的成像辦法能夠看到生物膜中光合作用蛋白的分布。看到這篇論文后特別興奮。”

謝曉亮還知道，

美國和法國化學家分別在1989年和1990年做出了低溫單分子實驗；

1990年美國化學家在溶液里用激光檢測到了單個分子的熒光，但沒有成像。

在這種背景下，

謝曉亮開始想怎么才能在室溫下做單分子成像，

因為只有在室溫下的單分子實驗才可以用于生物學研究。

這成為他在PNNL面試時提出的新方向。

但是單分子研究原來并不是PNNL的方向，

而且面試委員會的科學家們大都懷疑這個技術能否突破。

PNNL副主任道格拉斯·雷是當年面試委員會的成員之一，他說：“曉亮提出要做室溫下單分子光譜成像技術，這在當時是一個難以置信的大膽想法。但他如此優秀，又受過很好的訓練，他讓我們相信，如果有人能做出這個技術，那么這個人就應該是他。因此科森決定聘請他。科森選拔人才的觀點是，尋找最好的人才，幫助他們建立團隊，給他們最好的支持，放手讓他們干。”

PNNL最終向謝曉亮發出了加盟邀請。

謝曉亮成為自PNNL1965年成立以來的第一位來自中國的科學家。

1992年初，

謝曉亮和妻子宋琳來到了PNNL所在地、華盛頓州東南部的沙漠小鎮里奇蘭德。 

科森用充足的研究經費支持他，

告訴他在研究超快光譜的同時，

可以在業余時間做單分子研究。

終于可以做單分子研究了，

謝曉亮非常興奮，開始尋找博士后。

他想到了自己在西蒙研究組時的師弟鮑勃·鄧恩（Bob Dunn）。

“研究生時我曾教過鄧恩搭激光，他的實驗能力很強。”

然而，鄧恩當時已經獲得名校的博士后職位。

謝曉亮努力說服鄧恩加盟，

鄧恩終于成為他的第一個博士后，

于1992年夏來到了里奇蘭德。

他們開始用的是貝爾實驗室發展的近場光學成像技術在室溫下觀察單個分子。

在最初一年多的時間里，

他和鄧恩沒日沒夜地做實驗，

沒想到還是被貝爾實驗室搶了先。

“1993年10月，在加拿大溫哥華的一次會議上，埃里克·白茲格宣布單分子成像獲得成功。當時我在聽眾席上，覺得很遺憾。我走出會議廳，打了兩個電話，第一個安慰鄧恩，第二個向科森報告。”

科森在電話那頭說：“沒關系！這只不過是一個技術，很快會有更好的技術。最重要的是你用這個新技術解決什么科學問題。”

“這不單是安慰，也是我科研生涯中得到的最重要的建議之一。從這以后，我們一直將發明新技術和解決重大科學問題結合起來。”

在貝爾實驗室的論文發表幾個月后，

他和鄧恩的論文發表在《科學》雜志上，

這項工作首次用熒光觀察到單分子在室溫下的動態過程，

此論文后來為鄧恩贏得了一個教授職位。

正如科森所料，

近場光學成像很快就被更先進的遠場光學成像所取代。

1998年，

謝曉亮和博士后路洪通過遠場熒光實時觀測到單個酶分子的隨機生物化學反應。

這項工作為單分子酶學領域的發展做出了奠基性貢獻，

并成為單分子DNA測序技術的基礎。

路洪也因此成了一位大學教授。

在做單分子實驗的同時，

謝曉亮也努力做PNNL原定的研究方向，

搭建超快激光研究分子的振動光譜學，

但沒有獲得成功。

在PNNL同事的幫助下，

他改用這臺超快激光器做非線性光學實驗，

1999年獲得新突破，

開發出相干反斯托克斯拉曼顯微成像技術（CARS），

相關論文發表在《物理評論快報》（PRL）上。

這又是一項重大的創新性成就：

基于分子本身的振動頻率，

在無標記的情況下高清晰度的成像分子圖像。

一個嶄新的領域被打開了。

因為在PNNL的杰出成就，

美國多所大學向謝曉亮發出加盟邀請，

他最終選擇了哈佛大學。

“我喜歡PNNL，沒有想過用它做墊腳石。但我覺得到哈佛可以更好地開展生物醫學研究。我很幸運能在PNNL開始我的職業生涯。如果我是在大學里開始，開始時經費不足，我可能不會去做那么難的工作，也許就不會有我的今天”。

哈佛大學

1999年，

謝曉亮夫婦帶著3歲的兒子來到哈佛大學。

36歲的他成為自改革開放以來第一位獲得哈佛大學終身正教授職位的大陸學者。

  初到哈佛，

“最大的擔心是沒有足夠的經費做研究。”

第一年謝曉亮一口氣寫了6個申請書，

全部獲得資助。

他說：“美國學術系統最大的優點是，有能力的年輕人能夠獲得很大支持。我只需在申請報告里說我是初次申請經費，審評人都很同情。”

這一年，

謝曉亮的同卵雙胞胎女兒出生了。

女兒們的成長更讓他癡迷于生命之謎：“她們有著相同的遺傳基因，卻有完全不同的性格！這是基因表達的隨機性嗎？”他想，能否用單分子方法實時看到活細胞中基因的表達，進而拍出功能大分子如DNA、轉錄酶等在細胞中活動的電影？

博士后肖杰的到來助了他一臂之力。

肖杰當時剛從美國賴斯大學獲得分子生物學博士學位，

申請了謝曉亮的博士后職位。

在她之前，

好幾位有分子生物學背景的博士后候選人都被謝曉亮的激光和顯微鏡嚇跑了。

肖杰則不怕，

2002年她來到哈佛后，

先后教會了小組其他成員分子生物學技術，

并與博士后俞季合作攻關。

另一位剛入學的博士生蔡龍（Long Cai）初生牛犢不怕虎，

成為基因表達項目組的第一位研究生，

事實上，

用單分子方法實時觀測活細胞中基因的表達最終成為他的畢業論文。

2004年，

作為9位入選者之一，

謝曉亮獲得了美國國立衛生研究院（NIH）的先鋒獎，

在之后五年中每年獲得50萬美元的自由支配經費。

基因表達項目有了足夠的資金。 

謝曉亮說：“先鋒獎給了我珍貴的機會做我最大膽的探索研究，對我的學生們而言，這也是一次寶貴的經歷。做意義大、風險高的研究很不容易，但只要成功一次，就容易再獲成功，成功得越多越有癮。”

“基因表達的實驗開始時遇到了很多困難，做了三年都沒有結果，但我們認為這個方向意義重大，要堅持做。”

2006年，

他們同時在《自然》和《科學》雜志上發表論文，

報告在單分子水平上看到了單細胞中蛋白質的誕生，

這項成果使得量化描述基因表達成為可能。

這之后，謝曉亮實驗室又做出了一系列新的重要成果，

高風險再一次獲得了高回報。

雖然熒光標記成像在生物學研究中發揮了重要作用，

但有許多小分子、特別是用作藥物的小分子比熒光分子還小，

不適合用熒光標記，

而且熒光標記可能會改變分子的性質。

謝曉亮想在無熒光標記的情況下增加拉曼光譜的靈敏度，

甚至來檢測單分子。

但是這個項目實在太難了，

謝曉亮幾乎無法說服學生們來嘗試。

最終來自北京大學化學系的博士生閔瑋接受了挑戰。

這個項目啟動時，

正好是謝曉亮在哈佛大學的第一個學術休假年，

他沒有去別的地方，

回到自己的實驗室和大家一起攻關。

哈佛大學

閔瑋與一位德國的研究生Chris Freudiger終于取得了突破。

他們通過探測受激拉曼散射信號獲得了無需熒光標記的生物醫學顯微圖像；通過受激發射光譜，

閔瑋和同事們又看到了擁有不可探測熒光發色團的生物分子圖成像；

他們還檢測到了室溫下單分子靈敏度的光譜吸收。

這些工作成果分別發表在2008年的《科學》、2009年的《自然》和2010年的《物理化學通訊》上。

受激拉曼散射顯微成像技術成為超越傳統拉曼散射及PNNL的相干反斯托克斯拉曼顯微成像的新興技術，

很快被世界上多個小組應用于生物醫學研究。

據介紹，受激拉曼散射顯微鏡將很快進入市場，

可望在醫院里用于臨床檢測。

2009年，

謝曉亮受聘哈佛大學Mallinckrodt講席教授，

閔瑋則成為哥倫比亞大學化學系助理教授。

謝曉亮說：“與優秀的學生和博士后在一起工作是極大的享受，與他們攜手攻克科學難題是一種莫大的樂趣。他們開始時可能需要我的一點幫助，但他們經過努力都能做出出色的成果。他們中許多人已經得到和我差不多的職位，有希望成為所在領域新一代的領軍人物。”

出國二十多年來，

謝曉亮一直心系祖國，

不僅親自培養了許多來自中國的博士和博士后，

還經常回國為國內的學術發展和學科建設獻計獻策。

他多年來一直與北京大學合作，

希望促進國內單分子領域的發展。

2001年，

謝曉亮受聘北大化學學院客座教授；

2009年，

北大生命科學學院特聘謝曉亮為長江講座教授。

2009年 12 月，

謝曉亮在北京呆了一個月，

訪問了北京生命科學研究所的王曉東教授和清華生命科學學院的施一公教授，

發現有些歸國的年輕科學家在幾年內就能做出國際領先的工作。

謝曉亮想起二十多年前他初到美國時，

加州大學伯克利分校教授、世界著名的物理化學家伽伯·索莫杰（Gabor A. Somorja）曾經對他說過的一番話：“年輕人，歡迎來美國！這里有許多機會，如果你努力工作、做得好，就會有很好的機會；如果你做得更好，你會有更好的機會。”

謝曉亮覺得這番話現在在中國也有了現實基礎，

非常受鼓舞。

北京大學生物動態光學成像中心（BIOPIC）成立儀式

在那一個月里，

謝曉亮與北大生科院饒毅院長和蘇曉東教授開始著手組建生物動態光學成像中心（BIOPIC），

得到了北大校方的大力支持。

在短短一年內，各項準備工作就緒，

2010年12月，

BIOPIC 正式宣布成立，由謝曉亮主持中心工作。

“生物學新的發展趨勢是從定性的科學轉變為定量科學，從數據不足的科學轉變為數據豐富的科學。生物學的進展會越來越依靠新的物理手段。BIOPIC要發展和利用最新的生物光學成像和DNA測序技術，通過跨學科研究來促進生命科學的發展。具體來講我們要發展的技術是活體內單分子檢測、超高分辨率成像、無標記光學成像和新一代DNA測序技術。”謝曉亮在名家云集的成立儀式上這樣宣布。

因為工作繁忙，

謝曉亮常不在家。

他非常感謝妻子宋琳對自己的支持，

“我和孩子們的感情很好，

雖然我們在一起的時間不多，

但我出差時常帶他們去旅游和滑雪。

我希望給他們創造良好的條件，

對他們有積極的影響。

我的長子Kevin在上中學，他也對科學感興趣。”

“只要孕婦10毫升的血液，我們就能知道胎兒是否有遺傳疾病。”謝曉亮曾在2012年接受記者采訪時形象地介紹，孕婦10毫升的血液里有10至20個胎兒的細胞，通過他們的技術，對這10至20個細胞進行DNA序列檢測，便能精確地診斷胎兒是否有遺傳疾病。

2016年1月，

謝曉亮博士及其團隊正在研發的單細胞全基因組擴增技術（MALBAC），

成功阻斷了遺傳性耳聾，

幫助一對山東夫婦成功誕生健康龍鳳胎。

這是全國首例運用該技術阻斷遺傳性耳聾的案例。

謝曉亮（左）抱著剛出生的龍鳳胎。

    2016年3月，

謝曉亮及其團隊攜手無錫婦幼保健院生殖中心、南京軍區總院生殖中心，

在全球首次采用無創胚胎染色體篩查技術（簡稱NICS），

幫助一位患有繼發性不孕的婦女生下了健康寶寶。

這也是全球首個接受無創胚胎染色體篩查的試管嬰兒的誕生，

NICS技術臨床應用的成功，

標志著我國胚胎植入前遺傳學篩查技術已處于世界領先水平。

北大未名湖

謝曉亮說：“我熱愛哈佛的工作，也喜歡為北大服務，生活雖然忙碌但很充實，因為科學研究是我的嗜好，不斷創新是我的追求，造福人類是我的愿望。”

（圖片來源于百度圖片，謹此致謝）