大一新生入组搞砸实验，却意外实现重要概念性突破

两位大一新生，参加了一个为期3周的研究项目。在这种往往是走走过场的超短期项目中，他们竟然搞砸了，因操作失误直接导致原实验失败。然而，失败的产物意外带出新的研究，并最终刊登在Science上。两个科研新手成为论文共同作者。这个科研突破的幕后故事，让人深刻感受到科研的魅力与坚持的力量。

编译 | 小叶

乌特勒支大学是荷兰最古老、规模最大的大学，同时也是欧洲最好的研究型大学之一。2005年，乌特勒支大学理学院正式创立，同年，学院化学系的研究团队在Science期刊上发表了一篇重要论文，首次阐明了杂质对晶体生长机制的关键作用，助力材料科学实践转化的重大突破，可谓双喜临门。

今年，正值学院成立20周年，近期理学院公开分享了当年该成果背后不为人知但意义非凡的故事。

大一新生破格参与科研项目

该研究的共同作者之一，是当时担任化学系副教授的Willem Kege。他回忆说：“这篇论文最让我满意的并不是发表在顶刊上，而是刚入学的大一新生能有机会共同参与。”

当时，理学院刚刚组建，入学化学系的一年级新生数量大幅下降，从往年的一百多人锐减至三十多人。但从积极方面看，这恰好让新生大大增加了获得教授亲自辅导的机会。老师们也在第一年就组织了一个为期3周的密集型研究项目。

有幸参与其中的包括新生Esther Groeneveld和Hans Scherff。作为实验室新成员，由于缺乏经验，他们接手的第一个任务就是制备实验用小胶体，大小从几纳米到几微米不等。一开始，他们觉得这很简单，然而，不久就出了状况。实验室除了他们俩人，其他人都能制备出很小的胶体颗粒。他们相当困惑，不知道自己哪里出错了。

Esther一直就精确操作着制备过程，直到有一次，她在不经意间发现Hans在制备时没有将稳定剂先单独称重，而是直接倒入混合物中，结果做出来的颗粒个头偏大。对于要求步步精准的实验来说，这无疑是导致实验失败的重大错误。

错误意外成就科研突破

搞清失败原因后，俩人非常沮丧。不过，情况出现了意外转机。他们的研究指导、二年级博士生Volkert de Villeneuve没有将大颗粒胶体丢弃，当天晚上就拿来独自做了一些额外测试。第二天，他很兴奋地告诉组员们，这些颗粒不但不算废品，还会是新研究的“大功臣”！

Willem解释说：“大颗粒胶体启发我们思考晶体生长的问题，学生们错误操作制备出的颗粒，恰好非常适合充当模拟胶体晶体中的杂质，而胶体晶体一般由更小的颗粒组成。我们可以用显微镜来观察围绕大颗粒杂质为中心的胶体晶体小颗粒生长过程，看看前者对后者会产生怎样的影响。”这一新颖的研究思路让大家立刻振奋起来，一起重新修改了研究计划，将课题定为详细探讨球形杂质大小对胶体晶体生长的影响。

具体而言，研究人员使用激光扫描共焦显微镜展开观察，重点聚焦杂质中心周边区域的晶体小颗粒随时间推移而形成并变化的过程，在微观层面上关注杂质和晶体结构之间的相互作用。无论条件如何，研究人员发现杂质周围总会有一层流体颗粒存在，在所有观察的样本中，这一层的特征几乎都一致，说明杂质与周围晶体颗粒层存在稳定的相互作用。

但与此同时，杂质成为晶体结构中晶界的中心，于是，杂质曲率可导致晶体颗粒错位排列。而较小的杂质会对晶体颗粒的有序排列产生更多干扰，因为晶体难以在较小的杂质周围找到稳定的位置，所以与更大的杂质相比，更小的杂质周围的晶体颗粒生长更容易被抑制住。基于此，研究人员提出了一个全新的重要概念：晶体局部阻挫，即杂质形状和大小会成为其周围颗粒有序排列形成晶体结构的阻力。

对于这样一个重要的概念性突破，当时的物理化学教授Henk Lekkerkerker建议向Science投稿，最终被接收并发表，令人相当惊喜。Willem提到：“论文的发表不仅与研究本身的质量相关，也离不开好运加持。对Science来说，海量的投稿都是高质量文章，但最终能发表，还要符合当前科学技术的发展趋势和要求。”不难理解，这篇论文能够对应用转化有很大的指导作用。

实际上，了解杂质大小与晶体生长之间的关系对于实践应用至关重要，例如，在优化药物递送系统、光子器件以及其他先进材料等方面，科学家能够通过设定杂质大小来调控材料中晶体的形成，操控其特性以适用于特定用途。

科研之路仍在继续

这篇论文不仅给学界带来突破，也成为了每位参与研究的组员科研生涯中浓墨重彩的一笔。

在论文发表一年之后，Willem正式晋升为正教授，这并非巧合，他也承认：“当年能在顶级期刊发表论文是科研生涯发展所必须的要求。这其实是我在Science发表的第二篇论文，对我事业的助力极大。”后来，Willem一路晋升至化学系主任，后又担任过教育主任，如今是乌特勒支大学德拜纳米材料科学研究所的教授。对他来说，科研和教学是他一生热爱的事业。尽管三年之后他即将退休，但仍希望能够尽可能长久地坚持下去，指导学生。

当时的博士生Villeneuve是这篇Science论文的第一作者。

至今，Villeneuve都在自己的领英上记录着这段往事：我指导的大一学生做了一个失败的实验，结果发现了一些颗粒，如果换个角度看，这些颗粒显示出了巨大的潜力，这也是我论文中许多章节的起点。他认为自己在读博阶段的另一个亮点，就是他指导的几乎所有本科生、硕士生都在期刊上发表了论文。

他在取得博士学位后，继续在乌特勒支大学做博士后研究，随后进入产业界从事研发工作。2024年9月，他创立了一家香味技术顾问公司。

而对Esther来说，作为新生就有幸直接参加科研项目是一场完美的学习经历。她和Hans也是这篇Science论文的共同作者。她说：“这么早就体验到真实的学术研究氛围，感觉太棒了。另外，对Hans和我来说，这段经历还有特殊的个人意义：我们当时刚刚开始约会，在实验室里一起度过三个星期是对关系的终极考验。我们以优异的成绩通过了：二十年后，我们仍然在一起。”

Esther和Hans 在2005年的合影。

Esther和Hans 在2025年的合影丨图源：乌特勒支大学网站

此外，通过这次考验的Esther信心满满地确定了自己未来一生的材料化学科研道路，她在乌特勒支大学一待就是十年，从懵懵懂懂的大一新生，到成为经验老道的博士研究生，还留校在Van't Hoff物理和胶体化学实验室做了6个月的博士后。随后，她便转战业界，作为化学家继续为科研事业奋斗，充满热情地与学界展开诸多新兴的合作研究项目，直至今日。

回顾这段20年前的科研佳话，开始缘于学生们的一个错误，当时这项研究很可能夭折，但科学家们并没有灰心丧气选择放弃，真正的科学精神是不轻易否定错误，而是积极从中探索潜在的新机遇，开辟出全新的道路，最终及时调整方向，收获意想不到的成果。

原文：https://www.uu.nl/en/achtergrond/how-a-mistake-by-first-year-students-led-to-a-science-publication-in-2005

相关参考资料

[1] https://www.science.org/doi/10.1126/science.1113207

[2] https://www.linkedin.com/in/esther-groeneveld-16824215/

[3] https://www.linkedin.com/in/volkertdevilleneuve/details/experience/

[4] https://www.sciencelink.net/verdieping/de-eerste-keer-meteen-raak/4096.article

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