PhD的未来:应用研究和技术转化的集成

引爆PhD

PhD通俗定义就是博士。

曾几何时，PhD是通向科学殿堂的阳光大道。勤劳勇敢的年轻人们PhD的数量增长犹如雨后春菇般涌现。从1998年起到2008年，欧洲、北美、澳洲发达国家以及日韩等国（Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)组织成员国）的PhD的数量以每年40%的增长率猛增到34000，而且增长势头仍然保持不减。

日本：处于危机中的系统

恐怕没有哪个国家比日本更不适合成为博士的了。在九十年代，日本政府提出使其博士后数量增加三倍到10000，因为同时必然导致Phd猛增来填补这个空白。这种大跃进式的政策是希望能让日本在科学人才方面与西方比肩。这很快就得到了实现，但是众多的博士后又将何去何从呢？学术界不需要他们，因为上大学的人数减少了，所以也不需要他们来教书了。工业界也不喜欢他们，工业界更喜欢年轻力壮的本科生，训练训练就可以上岗了。卖不出去了怎么办，日本科学教育部想出了一些激励措施，如果公司能够雇佣那18000多名无业博士后，可以获得$47000/postdoc补贴。

2010年日本有1350名自然科学博士毕业，但只有一半（746名）的人在毕业的时候找到了全职工作。其中只有162名进入了学术界和技术服务，250名进入了工业界，256进入了教育以及38名拿到了政府工作（看来还是公务员最难进，在日本也是这样）。

“Everyone tends look at the future of the PhD labour market very pessimistically,” says Kobayashi Shinichi, a specialist in science and technology workforce issues at the Research Center for University Studies at Tsukuba University.

中国：数量超过质量？

2009年，中国所有学科的PhD毕业生达到50000大关，可以说已经超过了所有其他国家。中国培养的博士质量如何这里就讨论了，中国的大学大家是那么的熟悉而又陌生啊。幸运的是中国的PhD都能找到工作，得益于快速发展的经济。不过在读的PhD们加油啊，不要在一个老板那吊死。多接触新领域，多积攒知识，肯定会受益。

新加坡：全方位增长

新加坡可谓一片繁荣景象，近几年可以看到大学系统和科研技术设施的大笔投资和扩张。进入PhD项目的学生过去五年增长了60%，所有学科加起来有789个人，而且还从中国，印度，伊朗，土耳其，东欧以及更远的国家招生。由于新加坡的大学系统以前不发达，大部分PhD学生都不是进入学术界工作，不过现状在转变。PhD的工作都还不错，薪水至少是$3174/month，比一个还不错的专业本科生的$2381/month工资多四分之一。

“I see a PhD not just as the mastery of a discipline, but also training of the mind,” says Peter Ng, who studies biodiversity at the National University of Singapore.

美国：供应VS 需求

美国的PhD数量仅次于中国，2009年创造了19733个生命科学和物理类科学的PhD。不用说，能够拿到tenured positions的PhD比例一直在下降，工业界也暂时不能全部吸收。最迫切的要属生命科学的PhD，数量增长最快，但又偏偏遇到制药业和生物技术近几年的大裁员。在1973年，55%的生物Phds毕业后六年都能安稳的拿到tenure，人生的差距啊，现在哪个领域是这样呢？到2006年，这一比例降到了15%。

印度：悬赏PhD

印度每年能出产8900枚PhD，是中国的零头，可以想象与快速发展的印度经济是多么的不匹配啊。政府出台了一些刺激政策，希望到2020年年产量能达到20000枚PhD。这个目标应该是小菜一碟，印度的人口还很年轻。但是目前大家都没啥动力去读博，只有1%的本科生有意愿。基本所有的本科生都希望能找到一份工作，而本科学位也够用了。再说印度也没那么多高校能容纳PhD难民，不过工业界还是在争抢这些少数的PhD。

PhD到底为何物能让一些人生死相许？下面的统计发现PhD快乐的比例只比非PhD高了那么一点，可能是因为对自我期望也随着学位变高了吧，他们抱怨最多的前三项是福利，薪水，晋升机会，看来大部分读PhD的目的还是为了赚钱。但事实上在发达国家的PhD与非PhD的收入其实没啥差别，倒是在亚洲差别显著，这给了亚洲童鞋们读PhD很大的动力，怪不得中国PhD数目增长如此迅速。

改变

PhD为学术界提供了大量的廉价劳动力和paper制造机以及能够进一步被剥削的Postdoc的后备军，教授们当然是喜欢多多益善，有人帮我干活，不管你的死活。不过政府和教育机构也开始意识到过过度鼓吹PhD的短缺和科研经费趋向的PhD培养体质所带来的过剩PhD的问题。PhD至今仍延续西方几百年前的师傅带徒弟的培养形势，要想清楚如何改革，必须先了解一下PhD的发展时代。自然特刊中提到出了以下七个时代。

1950s: The age of formality

这个年代的PhD与导师的关系非常正式而拘谨，导师不会去看你的毕业论文直到你提交之后，可以想象这种关系。

1960s: The age of independence

人类依然处在一个探知未知世界的无知时代，实验做着做着就可能发现不曾预期的结果，没有标准答案，有的只有对自己的结果负责。

1970s: The age of innocence

纯真的做科研，为学科积累基础知识，没有太多的政策导向在。

1980s: The age of internationalism

78年恢复高考，当年中国可能只有几百个博士，没过多久就开始了出国留学潮，很多人从此就留在了国外。

1990s: The age of revolution

西式的博士培养模式在很多国家开始推广，加速了科研人才的培养进程。

2000s: The age of perseverance

随着学科知识的积累，科研深度的增加也提升了PhD毕业的难度，需要更多的坚持不懈的努力才能做出成果。

2010s: The age of communication

这是我们的时代，是一个新兴学科和交叉学科涌现的年代。虽然学术交流以前就一直存在，但是没有比今天更加重要的了，没有交流就意味着被边缘化。

先从知识积累的角度来讲，20世纪是人类在物理化学领域重大突破爆炸式增长的年代，成就了诸多著名的科学家，为信息时代和生物技术的发展提供了重要的基础。计算机的成功使这个世界产生了巨大的改变，而生物技术却没有原来人们想象的那么迅速，因为人类发现自己在这个领域实在还是太无知，需要更长的基础知识的积累才有可能引来突破，这是一场漫长的战役。生物医学领域的整体研究群体已经大大超过了物理化学方面的研究。区别与之前的理论快速发展的时代，现在是一个更适合做应用的年代。

再从外部的社会环境来讲，全球经济发展的减速、科研经费的削减以及学术界岗位竞争的惨烈，逼我们重新思索出路。这个世界现存问题太多，但是时间太短，做晦涩难懂超难现实太多的科研可能并不适合大部人做，也没必要，如果能解决现实问题将创造更多的价值。

不管在哪个学科领域，能够多接触一些子领域的知识和人，在将来可能会融会贯通，最终都将受益匪浅，这也是这个博客的目标之一。攻读PhD期间有可能的话可以寻找几个导师的指导，他们有不同的专业背景，可以给你多方位视角。这样的导师可以不止于学术界，工业界的一些联系也会有帮助。通用能力的培养也比以前更加的重要，再讲下去要变成PhD成功学教程了。按中国话讲，科技的发展要产学研结合，中国需要国家产业研究院，中国政府为2020年所设定的科学图景表明了中国对应用研究和技术向产业化转化的决心。IMEC和SEMATECH的半导体微电子的会员制产业发展模式是一个不错的形式，还有CNSE的模式，以后会谈到这个商业模式的问题。如果把PhD视作一个商品的话，也必须要产学研结合式开发生产，社会或公司提出需求，学校进行开发，公司评定，再开发，最后成功技术转化。如果PhD被看作一件艺术品的话，那就需要淡忘时间和成本的精雕细琢，千锤百炼。就像装在玻璃瓶里的苍蝇，每个PhD前途都很光明，但是道路还没有，需要自己去摸索吧，因为每个PhD都是那么的独特。目标可以是现实，当研究不能超现实，必须脚踏实地。最后以Rethinking phds的5个观点和一句nanoscientist的话结尾。

1. Jump in at the deep end
2. Forget Academia
3. Trample the boundaries
4. Get it online
5. Skip the PhD

“I think nanoscience is a mixture of everything. You need to know chemistry, you need to know physics, and depending on what part of nanoscience you are in, you have to know electronics, electrical engineering, or biology. I think in order to go beyond what we have today, you have to do basic science. You have to understand.” Phaedon Avouris

参考：The Future of The PhD, Nature Specials

文献天天读 – 2011Apr24 – 0005

不是每经历一件事，都会留下难以磨灭的印象。往往危机累积到一定程度爆发，惨痛教训复现后慢慢找到出路，因此年轻时一夜长大，上了年纪要小心一夜白发。

其实对文献信息的挖掘也该是多角度多层次的，这体现在要读懂文献的图和文字，要找到同一批作者的思路，不同组实验现象背后的本质；最困难的是要温故知新，融会贯通，每多读一次都能理解更深刻，极具挑战本人不想思考的天性。

在我开始了解纳米孔测序的时候，相关领域已经建立了很多理论，人们逐渐了解到大部分时刻大部分空间中DNA是在如何运动的，在构建的强电场受限区域中，DNA又将受到如何的作用电泳和拉伸。当这一理论深深印在一片空白的大脑的时候，我便会想知道，这写是不是这个物理过程的全部，还有没有盲点和坏点。这篇文章没有采用DNA这种类似polymer属性的物质（害得我借来高分子物理预读之），而是才用更为简单的蛋白颗粒avidin（大概直径5-8nm吧）来研究物质和纳米孔的相互作用，是对大理论框架核心部分的侧面例证。

从经典静电场的角度来想，同号相斥，异号相吸。外电场作用下，两种带电表面相对运动自然而言会因为带电荷量（体积不变时就是表面电荷密度）的不同，产生不同的实验现象。这里带电蛋白颗粒的电场运动称之为电泳，而纳米孔表面固定电荷产生的反方向相对运动称之为电渗，两者方向相反。类似于分析化学中的滴定实验，DNA或者带电蛋白在溶液中都有一个等电点的概念，即在一定条件下可以实现静电荷为零。我们调节pH既可以改变蛋白的表面电荷，同时又可以改变纳米孔的表面电荷。根据单独测定带电量的结果，我们可以预计有几种情况：正正、正正（相抵消）、正负、负负，这意味着同号会产生排斥作用，能量势垒势必增加（这个可能还不可以直接测量），异号相吸会促进过孔过程的发生，而相抵消的时刻会是扩散作用占据优势的时候。

结果如图所示，pH=6告诉我们相吸会比相斥更容易发生过孔事件，这符合常理；而pH=4在不同方向电场上均可以看到过孔信号，尽管常识告诉我们电场越大电泳一般越剧烈，但事实并非如此，指南针也有失灵的时候！如果某些实验中我们观测不到现象不一定是仪器坏了，而是纳米孔表面带电是件非常重要的事，就像卢广仲说要吃早餐一样！

评：尽管人们都在说DNA和纳米孔的相互作用，那到底是怎么作用的呢？从流体上来说水没有动，电场的作用是不同迁移率的带电离子或牵或拉着同样带电的DNA移动表现出来；从静电方面，纳米孔上的多余电荷会排斥或吸引，直接影响DNA的运动过程。相比DNA实验结果的复杂，我相信他们肯定尝试了，只是结果不如avidin的好，不如particle的模型更清晰。只是我不清楚电渗力与表面电荷密度、不同电场强度、不同离子强度之间的纠结关系，有待深究。

静电是可怕的，也因此造就了EDS领域，IC工艺中需要避免各种表面电荷、悬挂键的产生、PCB设计和制造中也需要避免静电伤害；而静电也有很多效应可以加以利用，比如近期热门的Ion Concentration Polarization（ICP），阴/阳离子可以选择性通过纳米沟道，未来可以应用于海水脱盐，而在本领域今年也有人成功变异生物孔内氨基酸序列，改变电荷量和电荷符号，着实取得了很好的减速效果。

换个角度思考，表面电荷可以显著改变整个事件的发生与否。当我们掌握得当，可以部分提高或者减弱相互作用，使得DNA过孔变得更“纠结”或者“干脆”。

文献天天读 – 2011Apr22 – 0004

常说事不过三，到了第四篇出现瓶颈鸟。刚写的时候因为手头正好有总结完的热腾腾的slide，码码文字就是一天。现在一下子要重新做一批，工作量就上来了。今天和小老板聊了一下，大方向不变的前提下，要专注在电信号检测上一段时间，荧光系统暂时搁浅，也验证小泉每问必出事，大家快恭喜他SCI收录吧。目前环境中唯一不变的就是时常在变化，人无近忧五味杂陈。

今天开始的系列是德国慕尼黑工大的一个组，一篇Analytical Chemistry，一篇JPhysics Condensed Matter，一篇Small和三篇Nano letter，特别是后三篇，相当滴有实力。去年开始看文献时就觉得名字眼熟，想来申请的时候有段时间很希望拿到TUM或者LMU的offer，误打误撞还发过骚扰邮件给他。当时我也没有申请现在的职位，也没了解过到底什么方向是前沿，他们组也没几篇文章上线，纯属误打误撞接触到。尽管当时网站上Rant哥照片有点彪悍，不是功成名就的大boss，但做的方向最接近，也就海投之了。事到如今，有生之年，居然狭路相逢，先发好人卡给他貌似很难了。

工艺部分很简单，关键步骤是ebeam litho加KOH etching，然后拍拍TEM，蒸镀金来缩孔。采用这样的方法主要还是湿法蚀刻精度的局限。PDMS coating之后在这种有机绝缘材料上沉积一个电极（如右上图所示），可以避免表面电荷的干扰。同比可以看出：氮化硅的纳米孔会比金纳米孔在低频有更低的噪声电流。金容易吸附DNA，所以表面修饰SAM。最后信号我没贴上来，因为真的没什么意思。

评：大牛测到一堆数据，沉淀啊低调啊，最后只把核心的拿出来发；小牛给大牛擦屁屁，测试结果实验细节讲的透彻；剩下的要无中生有妙笔生花。不是很清楚为什么要沉积金做界面，很奇怪。这个领域内很多新锐，有的攒rp一步升天，有的一步一个脚印，当然也能看到一些后继乏力越来越难发好文章的组，不胜唏嘘。看好Rant组的上升趋势，只不过对如何能利用好另辟的西经存在一些问号（后面详述）。

文献天天读 – 2011Apr19 – 0003

以前就在想：如果新的一周是从例会开始的，那么这个礼拜其余四天半都是放假该有多哈皮。现在如愿了这样的安排，不过一大早就要赶在会前准备两页ppt，实在也是身心俱疲。忙忙碌碌开会，取光学配件，做表征，装系统，还请教了一下comsol做仿真的meshing问题，似乎很充实。然而一个工作日的结束，随之而来的是落寞，有没有！哈哈，这个年纪不能用每天获得新知来麻痹自己了。

睡前速写一下这篇文章，我只看了感兴趣的部分，倒是对甲基化检测这方面有些想说的。甲基化是一个人们不为熟知的概念，不确定若干年后会不会炒作起来，大体上是氨基酸或核苷酸受到酶催化作用，H被CH3取代。用血型做例子不一定恰如其分，血型分A\B\AB\O就像碱基有A\T\G\C一样，近年来其他亚血型也慢慢被人了解。其实碱基也是一样，除了常规四种之外，也有mA、mC、hmC等等。以下一部分来自文献一部分来自wikipedia，个人总结如下：胚胎发育过程中表观遗传信息会被修饰增加至基因组，这一过程就有甲基化的参与，这样讲会不会明确很多呢。此外肿瘤也与甲基化水平相关，低甲基化水平可导致染色提不稳定、增加突变几率，可能是引发癌症的促进因素。某些基因的甲基化会是肿瘤形成的biomarker！因此如果我们的检测技术可以对甲基化进行快速廉价定位，相比市场需求不会比基因测序小。毕竟个人基因组测序一辈子一次差不多就够了，甲基化会不会成为年检标准，大家拭目以待吧。

目前薄层色谱、高效液相色谱、质谱都可以直接测甲基化，当然SMRT和纳米孔也可以测。各位有兴趣色谱质谱的小型化廉价化，也不妨了解一下后两者人们是如何检测的。SMRT的实验中发现甲基化的碱基在合成中比正常碱基的移位时间要长很多，这是和酶动力相关的一个过程，简单来说实验现象就是甲基化会一卡一卡的。也因此只要分析前后碱基之间的间距，就可以用主成分分析将甲基化的碱基区分出来。生物纳米孔可以检测到水解后单个核苷酸的不同电流信号，甲基化碱基的正态分布可以从正常碱基中区分出来，也很有前途。

胞嘧啶的甲基化检测最为热门。本文给出不同温度条件下DNA的过孔电流，简单来说就是我们可以在同一温度条件下区分出mC和hmC分布的不同，但是mC和C之前其实是重叠的，而随着高于10摄氏度后，hmC和mC引起电流变化的比值看起来是线性的。随后作者也给出了同样一段DNA上胞嘧啶甲基化百分比与电流变化之间的关系，可以线性规划，差别3%的学生氏检验置信值为91%。

评：其实我在这里评价本文是不够格的，因为后文都是在讲分子模拟来分析前面这些实验现象，小弟放弃了。现象既然存在，就必须要解释，至于理论的对错在目前来说不算很重要。这里发现热运动的规律很有意思，这意味着在碱基配对的过程中，一个小小甲基的位阻可能会改变双链的螺旋半径，通过物理的方法检测出来！当然这样的检测依赖于独立多次重复试验，当然置信度还有待提高，算是离商业化更进一步吧。趁着甲基化的热潮，固态纳米孔检测DNA片段甲基化的处女作就此诞生。

虽然网站主页上研究兴趣大多是物理相关的，总的来说Drndic姐接的导向看来是偏向于生物应用，针对几个热点不仅把握及时，实验方面也是一流，虽不及经典，也算是流行中一颗闪亮的星，被引用超过影响因子指日可待。物理背景的确在深入研究中优势显著，一转身发到JACS上了，工程背景就很容易陷入系统稳定性、可靠性的迷思。很难猜测下一篇会是怎样的内容，也证明招一个好的博后有多重要。

What is Graphene (石墨烯)

Buzz word

Graphene is a single atomic layer of graphite. The term “graphene” was precisely defined since 1986 recommended by Boehm: “the ending -ene is used for fused polycyclic aromatic hydrocarbons (融合多环芳烃). A single carbon layer of the graphitic structure would be the final member of infinite size of this series. The term graphene layer should be used for such a single carbon layer.”[1] In 1997, IUPAC formalized these recommendations by incorporating them into their Compendium of Chemical Technology, which states: “….. The term graphene should be used only when the reactions, structural relations or other properties of individual layers are discussed.”

History of Graphene

1947    Wallace, developed the linear E(k) dispersion for the electronic structure of graphene around the K point of the Brillouin zone.

1962    Monolayer and few-layer graphene was quietly synthesized by Boehm using chemical thermal reduction of graphite oxide, who became better known starting in the 1970s for his work on graphite intercalation compounds (GICs).

1968    Morgan and Somorjai obtain LEED patterns produced by small-molecule adsorption onto Pt(100).

1969    May interprets the data collected by Morgan and Somorjai as the presence of a monolayer of graphene on the Pt surface.

1970    Blakely and co-workers prepare monolayer graphite by segregating carbon on the surface of Ni(100).

1975    van Bommel and co-workers make graphene by subliming silicon from silicon carbide.

1986    Boehm and co-workers recommend that the term “graphene”.

1997    IUPAC formalizes the definition of graphene.

1999    Ruoff and co-workers micromechanically exfoliate graphite into thin lamellae comprised of multiple layers of graphene.

2001    Walt de Heer, reported on carbon conferences on fabrication of a planar graphene layer by heating SiC to 1300C and on the physical properties of these layers.

In the same year, Enoki and co-workers in Japan were preparing monolayer and few-layer graphene ribbons to examine their structural and magnetic properties, mostly, edge properties.

Shortly thereafter, Philip Kim and collaborators developed a mechanical exfoliation process for producing few-layer graphene samples.

2004    Geim and Novoselov used a simple mechanical exfoliation method for preparing monolayer and few-layer graphene and repeatedly transferring their graphene samples to the desired surface. They made many breakthrough physics discoveries they made in a short period of time.

2010    Nobel Prize of Physics is awarded to Geim and Novoselov for their research on graphene.

Future    The significance of carbon nanostructures have been demonstrated by awarding many Nobel Prizes to the discovery of new carbon nanostructures. Every entry of new carbon nanostructure would have great impact on scientific literatures. No wonder why the graphene is a hot researching area now. Specifically in nanoelectronics, we can expect the coming of era of carbon-based nanoelectronics in near future.

Fig 1. History of publications on carbon-based materials [2].

Distinguished structures and properties

Carbon, has four valence electrons in the ground state, two in the 2s subshell and two in the 2p subshell. By promoting one of its 2s electrons into its empty 2p orbital, it forms bonds with other carbon atoms via sp hybrid orbitals. There are three kinds of sp hybrid orbitals, i.e., sp, sp2 and sp3 hybrid orbitals. 2p orbitals hybridize with one s orbital to form three sp2 orbitals, which subsequently form the so-called σ bonds with the three nearest-neighbor carbon atoms in the honeycomb lattice. The σ bonds do not contribute to electrical conduction. An ideal graphene is a monatomic layer of carbon atoms arranged on a honeycomb lattice, as shown in Fig 2, which is a perfect two-dimensional (2D) material.

The unit cell spanned by the following two lattice vectors:

Here a=0.142 nm, is the carbon bond length. The corresponding reciprocal lattice vectors are given by

Which also form a honeycomb lattice. Of particular interest inside the first BZ are two points K and K`. The A and B lattices decouple, forming the so-called Dirac point.

Fig 2. Unit cell lattice structure and first BZ of graphene

Among all carbon allotropes, graphene stands out because of its quasirelativistic low-energy excitations near the two unequivalent K point at the corners of the first Brillouin zone; the quasiparticles are chiral and massless Dirac fermions with the electrons and holes degenerated at the Dirac points. This gives rise to a number of peculiar physical properties include unconventional integer quantum Hall effect (IQHE), Klein tunneling, valley polarization, universal minimum conductivity, week localization (WAL), ultrahigh mobility, specular Andreev reflection at the graphene-superconductor interface, etc. Graphene is an interesting mix of semiconductor, metal and soft matter.

Table 1. Physical properties of single-layer graphene at room temperature
C-C bond length in SLG, nm	0.142	Thinnest material in the world
Layer distance, nm	0.34	Loose stack, only van der Waals force
Specific Surface, m2/g	≈2630	Gas and energy storage, ultracapacitors
Electron mobility, cm2/(V∙s)	≈4.4*104[3]	Channel material for RF, transistor post-CMOS
Young’s modulus, TPa	≈1	NEMS, pressure sensors and resonators
Transparency	≈90%	Solar cell, optoelectronics
Thermal conductivity, W/(m∙K)	≈5.1*103
Magnetotransport		Spintronics

Other potential applications are Single molecule gas detection, DNA detection and sequencing.

Reference

[1]    D.R. Dreyer, R.S. Ruoff, and C.W. Bielawski, “From Conception to Realization: An Historial Account of Graphene and Some Perspectives for Its Future,” Angewandte Chemie International Edition, Nov. 2010, p. n/a-n/a.

[2]    P. Avouris, “Graphene: Electronic and Photonic Properties and Devices,” Nano Letters, Sep. 2010, p. 100929092847080.

[3]    R.S. Shishir and D.K. Ferry, “Intrinsic mobility in graphene,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 21, Jun. 2009, p. 232204.

PS: A graph from WellHome introduces graphene in a interesting way

Supplement Resources for who wants to step into graphene area:
Updated on 2011-11-02

Excellent review articles of graphene

1. Geim, a K. & Novoselov, K.S. The rise of graphene. Nature materials 6, 183-91 (2007).
2. Geim, a K. Graphene: status and prospects. Science (New York, N.Y.) 324, 1530-4 (2009).
3. Castro Neto, a, Guinea, F., Peres, N., Novoselov, K. & Geim, A. The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics 81, 109-162 (2009).
4. Das Sarma, S., Adam, S., Hwang, E. & Rossi, E. Electronic transport in two-dimensional graphene. Reviews of Modern Physics 83, 407-470 (2011).
5. Choi, W., Lahiri, I., Seelaboyina, R. & Kang, Y.S. Synthesis of Graphene and Its Applications: A Review. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 35, 52-71 (2010).
6. Avouris, P. Graphene: Electronic and Photonic Properties and Devices. Nano Letters 100929092847080 (2010).doi:10.1021/nl102824h
7. Schwierz, F. Graphene transistors. Nature Nanotechnology 5, 487-496 (2010).
8. Singh, V. et al. Graphene Based Materials: Past, Present and Future. Progress in Materials Science (2011).doi:10.1016/j.pmatsci.2011.03.003
9. Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T. & Ferrari, a C. Graphene photonics and optoelectronics. Nature Photonics 4, 611-622 (2010).
10. Cooper, D.R. et al. Experimental review of graphene. arXiv (2011).

Awesome online course

• Joerg Appenzeller; Supriyo Datta; Mark Lundstrom (2009), “Colloquium on Graphene Physics and Devices,” http://nanohub.org/resources/7180.
• Supriyo Datta (2004), “ECE 453 Lecture 21: Graphene Bandstructure,” http://nanohub.org/resources/686.

文献天天读 – 2011Apr18 – 0002

遇到同道中人很难，毕竟读博的方向很小，大家的交集只有那么一点点，可是我发现还是很多人愿意敞开心扉交流的。我始终抱持着今天讲的不会变成永恒的态度，有的时候一旦时间点过了就失去了效用。

还是继续昨天的专题吧，这篇文章是关于石墨烯的，相信zhaoying会很有兴趣。去年对于石墨烯是很重要的一年，我也是在诺奖提名后才意识到它的火红程度，一下子在自己的领域内出现了三篇有实验结果的文章，而且其中有两篇的题目都一模一样，几乎同时投稿和收录喔！当然文章发表后科技媒体的报道也出现作者混淆，实在是难免的乌龙，但凡一般人也不会去查证啦。科研不过就是自己爽爽，然后众人惊叹，路上还是认为博士是呆子，哈哈。

石墨烯上打纳米孔主要是它很薄很导电，薄的话就可以对碱基具有更好的分辨力，有可能测到单碱基（当然这只是号称，想测单碱基还是tunneling吧）。2009年起逐渐有理论科学家发表文章预测石墨稀形成的nanogap在1.4nm宽的情况下可以检测单碱基（且不论我觉得是否靠谱，至少是nano letter这种级别啊），几个月前韩国科学家在nature nanotechnology上又预测利用石墨烯的大pi键与碱基之间的强作用可以在电势上作出区分，可见接下来各组的竞争会有多激烈。不过如果石墨烯这么导电，那么应该是测不到离子电导变化的吧，不然就是石墨烯疏水，表面化学方面存在问题。

本文用从铜基底上转移来的3~15个单层，然后发现wetting有问题，就先5分钟UV ozone了。。。我看到这里开始费解，这么做不破坏了结构吗，表面会出现悬挂键或者氧键，亲水性会得到改进了，不过考虑到是石墨烯，应该不能这么来吧。接着他们又用ALD镀了一层TiO2，亲和性和亲水性都很好，不过这是把石墨烯当基底和牺牲层的做法吧。打孔的方式本身就在意单层与否，特别是厚度，细节上还需要zhaoying来讲一讲。

当然镀了这么一层TiO2跟通常的薄孔差异不大，可以做常规测试了。我们可以看到右边的两张彩色图，偏压分别是100mV和400mV，事件长度（一般更会用duration time，也就是持续时间）减小了，电流变化从0.2nA增大到1.5nA左右。电场强度增大时，会使得DNA过孔时受到更大的作用力，当然单位面积上阻碍的离子电流密度也会更大，所以过孔速度会更快。右下角的图统计了事件之间的等待时间，理论上这是一个等公交车的问题，是泊松分布。因此对时间数目取对数时这一段可以看作是线性关系，也成为capture rate，反映了体系中事件容易发生的程度。可以看出电场增强的时候事件更容易发生，考虑到电场力的作用在孔周围只有几十纳米甚至只有几纳米，不得不说这种作用是破坏DNA平稳运动的好方法。当然在电场没有作用的区域还是取决于扩散作用（热运动）啦。

评：ALD工艺很精准，但鉴于其contamination level高、耗时等问题，发发文章验证方法总还是ok的，很难批量生产，不过TEM打孔何尝不是呢。本文对问题的解决治标不治本，甚为可惜了，但是作为第一批吃螃蟹的，不失为一个不错的开始。后面没有什么特殊之处，不过工作确实钜细靡遗，可供该领域的人（不超过10个）做一些数据参考。

我对这片文章没有很爱，但是不代表他们做的不够出色。师兄说过，同样的工作人家发了nano letter，但是换成你就不一定可以。所以当真你就输了，大家都是混口饭吃，play and have fun！

A Good Way for Literature Review (HistCite + Web of Science)

当查找一个新领域的文献时多么希望能得到一张技术发展的清晰脉络图啊，你可以从强大的google scholar里通过关键词搜索找到高引用率的文章，或者找一篇最新的Review或是发在著名期刊上的牛文慢慢的从他们的引文里扣。这个过程至少要经历数月到半年才会有较好的把握，有没有一种更懒的办法呢？有！身为懒人在寻找偷懒的捷径的路上还真不算懒。

Thomson Reuters在科学出版界可谓家喻户晓，SCI搞得诸多学者怨声载道，但是这里我们就要用到它出的产品。先从网上下到最新版本的HistCite，然后去ISI网站的Web of Science数据库搜索你需要的文章，然后以文本形式导出，一次只能导出500篇，如果超出的话需要多次导出，导出时一定要记住全纪录导出并包含引用的参考文献，最后可以将这些文本合并到一个文本。下一步就是打开安装好的Histcite，导入文本文件，然后就可以做各种分析了，Graph Maker功能决不能错过。具体步骤可以在网站搜索，也可以去我的dropbox下，我懒得截图贴了。

下面以我正在研究的Graphene为例，以下是graphene领域WOS库内引用率Top50的文章，还可以找出领域内重要的研究组。

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LCS, top 50; Min: 281, Max: 3854 (LCS scaled)

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			LCS	GCS
1.	159	Wakabayashi K, 1999, PHYSICAL REVIEW B, V59, P8271	309
2.	811	Novoselov KS, 2004, SCIENCE, V306, P666	3854	4107
3.	833	Berger C, 2004, J PHYS CHEM B, V108, P19912	719	738
4.	964	Novoselov KS, 2005, PROC NAT ACAD SCI USA, V102, P10451	819	893
5.	997	Gusynin VP, 2005, PHYS REV LETT, V95	406	433
6.	1022	Novoselov KS, 2005, NATURE, V438, P197	2803	2924
7.	1023	Zhang YB, 2005, NATURE, V438, P201	2492	2558
8.	1097	Novoselov KS, 2006, NAT PHYS, V2, P177	507	513
9.	1099	Peres NMR, 2006, PHYS REV B, V73	557	560
10.	1104	McCann E, 2006, PHYS REV LETT, V96	473	479
11.	1159	Schniepp HC, 2006, J PHYS CHEM B, V110, P8535	369	387
12.	1164	Berger C, 2006, SCIENCE, V312, P1191	1196	1222
13.	1215	Morozov SV, 2006, PHYS REV LETT, V97	284	289
14.	1218	Stankovich S, 2006, NATURE, V442, P282	919	1021
15.	1253	Ohta T, 2006, SCIENCE, V313, P951	614	627
16.	1268	Katsnelson MI, 2006, NAT PHYS, V2, P620	617	644
17.	1340	Ferrari AC, 2006, PHYS REV LETT, V97	846	899
18.	1347	Son YW, 2006, NATURE, V444, P347	671	722
19.	1352	Son YW, 2006, PHYS REV LETT, V97	697	720
20.	1383	Barone V, 2006, NANO LETT, V6, P2748	293	305
21.	1483	Katsnelson MI, 2007, MATER TODAY, V10, P20	281	291
22.	1515	Bunch JS, 2007, SCIENCE, V315, P490	329	370
23.	1527	Graf D, 2007, NANO LETT, V7, P238	285	289
24.	1558	Geim AK, 2007, NAT MATER, V6, P183	2683	2839
25.	1584	Meyer JC, 2007, NATURE, V446, P60	566	593
26.	1589	Novoselov KS, 2007, SCIENCE, V315, P1379	441	451
27.	1696	Han MY, 2007, PHYS REV LETT, V98	771	787
28.	1710	Stankovich S, 2007, CARBON, V45, P1558	613	639
29.	1815	Dikin DA, 2007, NATURE, V448, P457	365	386
30.	1916	Schedin F, 2007, NAT MATER, V6, P652	657	673
31.	1971	Zhou SY, 2007, NAT MATER, V6, P770	358	367
32.	2042	Gilje S, 2007, NANO LETT, V7, P3394	298	304
33.	2128	Chen ZH, 2007, PHYSICA E, V40, P228	336	340
34.	2366	Wang X, 2008, NANO LETT, V8, P323	406	437
35.	2411	Morozov SV, 2008, PHYS REV LETT, V100	329	333
36.	2456	Li D, 2008, NAT NANOTECHNOL, V3, P101	579	601
37.	2522	Li XL, 2008, SCIENCE, V319, P1229	700	721
38.	2543	Balandin AA, 2008, NANO LETT, V8, P902	374	393
39.	2755	Eda G, 2008, NAT NANOTECHNOL, V3, P270	357	374
40.	2898	Bolotin KI, 2008, SOLID STATE COMMUN, V146, P351	437	447
41.	2911	Nair RR, 2008, SCIENCE, V320, P1308	336	339
42.	3033	Lee C, 2008, SCIENCE, V321, P385	513	542
43.	3210	Hernandez Y, 2008, NAT NANOTECHNOL, V3, P563	308	313
44.	3932	Reina A, 2009, NANO LETT, V9, P30	363	372
45.	3975	Castro Neto AH, 2009, REV MOD PHYS, V81, P109	1323	1408
46.	4034	Elias DC, 2009, SCIENCE, V323, P610	329	356
47.	4115	Kim KS, 2009, NATURE, V457, P706	553	590
48.	4361	Park S, 2009, NAT NANOTECHNOL, V4, P217	327	336
49.	4722	Li XS, 2009, SCIENCE, V324, P1312	350	355
50.	4754	Geim AK, 2009, SCIENCE, V324, P1530	484	499

顺便推荐一款科研利器Mendeley，在Plumcore勇于尝试下，我们都加入了，就是比endnote好用的一个东西。

关于科学和商业的那些懒人想法

坛酿已久的idea终于出炉了，就是这个有关science和entrepreneur的共同创作博客，坐着帮你打通科研经济生活任督二脉，然后走火入魔，欲仙欲死。正如Plumcore同学所言，这个浮躁快节奏的年代，长期经营一个Blog的模式已经过时了，或者说它的分量不是我们这些懒人能承受的起了。懒人还是蠢蠢欲动，懒人还是有话想说，懒人经常寂寞，懒人需要互相践踏，就让这块一亩三分地培育我们懒人思想的种子，发芽成长开出堕落之花毒害更多的热血青年，最后理直气壮的说懒人无罪。

期待另两位同学的加盟。一个在欧洲，一个在欧洲，一个在美国，一个在美国，我们都是万劫不复的Phd。

文献天天读 – 2011Apr17 – 0001

承蒙古月同学的邀约，一起参与写科研博客。博客在推特围脖当道的今天已经是退流行了，而科研相关更不是大众流行的宠儿，IC界变数之快已然不是三年河东三年河西（遵循摩尔定律是一年半），读个博士转三个课题写thesis正合适不过。好在小弟虽地处强势IC研发中心，却打了个擦边球，从事纳米啊生物啊都有些相关交叉的课题。常常自爆背景是Biomedical Engineering的时候别人会一头雾水，也因此生物学忘记了我可以怪在编程太多损耗脑细胞，光学不懂是因为从事电路方面实验，只能悻悻然说自己是工程的底子。

废话一段之后开始正题，我在做的跟纳米孔和DNA相关，具体课题方向这里不方便公开，更重要的原因是因为自己刚入门，做着做着可能就歪掉了。纵观实验室前辈好像除了一个发过nature photonics的之外，大家都像非诚勿扰里选的心动女生一样，最后牵走的往往离初衷越来越远。所以目前从文献开始入手吧，手头上文献库里500+，看过了忘记的应该有一大半，尽量确保几天介绍一篇，如果有人感兴趣，或是正好阅读过，欢迎探讨和拍砖，拍在脸上也可以，就怕没有动静。

手头上刚看外几篇，顺便做了个slide。宾州这组是领域内的新贵，去年开始中文章，至今三篇，一片nature nanotechnology、一片nano letter、一片JACS，势头很猛，有没有！组里从Boston来了一个博后Wanunu，也就是本文的一作，那就让我们看看他们是有多“侥幸”！

标题是用薄纳米孔电信号快速检测特定探针的miDNA，内文分步介绍了薄纳米孔、miDNA的特异性纯化和检测。快速这个关键词有些微妙，电信号检测本身不是整个方法中的障碍，其他人的实验中也是同样的快，而miDNA杂交、磁珠纯化和脱附过程才是限制因素，这却又是成熟的技术，不是本文创新点。

如左三图所示，Free standing membrane是个很玄的东西，一般尺寸至少都有边长3微米的正方形，厚度在30纳米到60纳米。可能大家不是很有概念，如果面积太大，水或者酒精的表面张力就可以轻松毁掉这样的一层膜（可以想象几十纳米后的玻璃）。所以商用的dummy chip（其实我也很奇怪为什么这样的东西还有的卖，而且有销路！）也有是否stress free之分，虽然我不确定工艺参数，大抵上应该是退火的方法吧。于是这组人在氮化硅的薄膜上依然用电子束做pattern，Dry etch减薄。这一步大部分组都可以做，以往不只是减薄，而是直接打开的到纳米孔，我们组的伊朗人据说用这个技术得到纳米孔的可控直径最小是5纳米，当然这只是据说，因为他从此就不用这一技术了，可能是太超前没人跟他玩了吧。

减薄后的实验中，DNA过孔信号随着孔厚的减小而增大！从直方图统计中明显可以看到这一现象。从简单的电阻模型来看，电阻率由KCl的离子强度决定，这里基本不变，稳态电阻与孔径长度（即纳米孔厚度）成正比，与孔半径的平方成反比。当DNA穿过孔的时候，高盐度时DNA视为不良导体，在孔中占据了导电离子的空间。实验中用到的DNA长度一般远大于孔厚度，因此电阻变化与孔的厚度成正比，与DNA的轴向面积成反比。实验中开孔稳态电流和电流变化均随着孔厚的减小而增大。8nm厚可以将信号从200pA提升到4nA，非常的promising！

当然，由于孔很小很薄，更容易测短链的dsDNA，而且可以区分出DNA、RNA和tRNA信号的特征。此外给出的数据说明捕获速率与外加偏压成指数关系（他们加的电压300-600mV算是很高了，一般都是50-100mV），是DNA浓度的1.05次方。

miRNA一度火热，研究方法相对成熟，如右图所示：miRNA与探针杂交后可以通过修饰了p19蛋白的磁珠进行纯化。而洗脱的过程中可能会有来自蛋白（BSA）和表面活性剂（SDS）等等的干扰，通常前者会堵住纳米孔，后者似乎影响不大（有待考证）。文中对此作了对照组，当然拍拍脑袋想来总是有人去除过的，不是此文重点。

简评：纳米孔DNA检测的应用可以多样化，虽然大家终极目标是测碱基序，但这一过程中（也许是一二十年）便可以找到很多的医学应用，比如通过测量过孔时间取代现行的电泳技术，利用特异性识别检测疾病等等。本文更像是三个工作的合体，单发甚至不一定中small。这告诉我们，好人卡攒起来可以换nature，不过那也像他们一样工作扎实！

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