一百年前的法国学者彭加乐被认为是人类历史上最后一个全才，即现代自然科学的六大分支数理化天地生(数学，物理，化学，天文，地理，生物)都有涉猎。其后随着量子力学和相对论等物理分支的爆发式发展，从此再也没有人敢说自己是全才了，因为单就一个物理，想学全都几乎不可能，现代物理大约有20个左右分支学科，很多人一生也就只能研究其中的一个两个。不过能把生物所有学科都研究的人好像不少(生态除外，生态在我看来更像是环境学)，因为生物里面真正上升到原理的东西少，入门难度低，没有任何公式，基本类似于文科，所以美国人学的也比较多。物理出身或化学出身的人可以很容易就上手生物，而且他们将物理和化学的技术和思想移花接木到生物领域，创造了什么化学生物学，生物物理学等，比如华人学者庄晓威就是物理背景，谢晓亮是化学背景，可怜生物背景的人只能看着别人往生物口里转，生物口的人基本很难转到物理或者化学方向，因为人家的入门门槛高，不塌实地学个2-3年，门都没有，但生物的门槛低的物理背景的人读个基本的科普书知道细胞是啥，DNA和蛋白质啥关系，然后看个100-200篇文献，找个感兴趣的生物系统就可以开辟研究方向了。因此我写下这几个关于生物技能的文章就是希望告诉更多青学生学者，不要只盯着生物，生物的空间太窄，不论是科研还是将来找工作，纯生物背景基本都没啥出路。很多读生物研究生的学生，考研也是因为没有好的工作，而且研究生的助学金在好点的地方现在一个月4000多，比一般的工作工资都高，索性拿个学位全当工作了，毕业以后仗着博士学位还有可能找到更好的工作。前面我简单说了一些现代生物研究必备的技能，除了基本的实验技能，基本的物理和化学基础也是非常重要的。

跟生物最相关的物理内容就是光学，因为显微镜是体内和体外生物问题研究的主要工具，显微镜或其它成像设备(如内窥镜等)的搭建就是光学的一个方向，比如激光共聚焦显微镜，双光子显微镜，PALM/STORM超分辩率显微镜，原子力显微镜，STED超分辩率显微镜，平面光显微镜(light sheet microscopy)，SIM超分辩率显微镜，TIRF显微镜等很多种。与体外生化研究息息相关的有光谱技术都需要一些光学理论来帮助你理解，比如红外光谱，可见光谱，拉曼光谱，紫外光谱，微波光谱，圆二色性光谱，核磁共振(广义的电磁波，光的本质就是电磁波)等。我从前不知道光学的重要，从来没有认真学过，主要也没有机会学(农大根本没有物理化学学院，这也是国内现在高等教育的问题，专科学校应该取缔了，他们的作用应该退出历史舞台了，人的全面素质现在更重要，不是几十年前师资匮乏时需要的东西了)，但我觉得如果有时间应该找一本好的光学教材仔细阅读，比如下面这个链接里的光学教材，作者是Eugen, 很经典，当然也欢迎大家介绍一些好的教材，最好由浅入深，这边书需要好点的数学基础才能看懂。如果您看不懂，建议把基本的数学微积分等再回顾一下。

http://www.amazon.com/Optics-4th-Edition-Eugene-Hecht/dp/0805385665

光学系统如显微镜，你要知道物镜的基本设计如什么是数值孔径啊，什么是working distance呀，如果感兴趣可以深入了解一下物镜的设计，有些软件如Zemax等就是专门做物镜设计，我也不懂，也没时间去懂，如果自己有时间建议学一学。激光的基本原理，简单的如测量激光强度啊，align激光啊等，什么是共轭，怎么看光是否聚焦啊，怎样控制激光强度和方向啊(比如AOTF，不懂的词请用google搜索，要习惯经常google一些自己不懂的东西，如搜索how to align laser, pdf，就是搜索一些用pdf格式写的别人怎么做这些东西的)，怎样扫描激光啊(galva mirror)。在搭建显微镜的时候选多少焦距的lens啊，什么波长的band pass, long pass filter啊，什么样的dichroic mirror啊，多大精确的piezo stage啊等。组装计算机时需要几个PCI插槽啊，是否要chasis啊，计算机应该什么配置做快速成像好啊。怎么计算你照相机象素的实际测量物体大小啊，怎么测量这个实际大小啊，怎么矫正你的照相机啊等。如果有了这些基本光学知识，你就可以自己搭建显微镜，当然不去专门的实验室学习或培训，光看书掌握起来比较难，纸上谈兵早就证明没有意义了。2-3年以后我会以苏州大猫单分子仪器研发有限公司的名义办些光学和编程的讲席班，到时如果还有感兴趣的朋友请留意，我打算在一个星期之内教会怎样从头到尾搭建超速成像的平面光显微镜或高分辨的PALM显微镜。一般购买显微镜零部件的lead时间(就是从定货到拿到手的时间)需要几个月，而且有时候买回来的东西可能不对，你要退货，然后再等几个月，所以一般把东西凑齐就需要一年左右时间。这里的附近是一个老师的培训ppt,我觉得还可以，可以入门参考。

Paul Herzmark intro to microscopy.pdf

看看下面这些别人搭建的成像系统，试想如果你能做到这些，然后再做同样的生物问题，谁的手段更灵活，谁更能发好文章，谁更受人尊重呢，我们一般只买别人的产品，很多人买了别人显微镜用都用不明白。显微镜使用者的水准分为三级，第三级就是能用显微镜得到好的结果，知道调一些参数，知道怎么准备样品；第二级就是能做基本的维护和trouble shooting，常见问题能知道是什么原因，可以简单改改光路，改改程序；第一等就是可以自己搭建，根据物理原理从头设计显微镜，知道自己需要什么样的参数来选择什么样的零部件，可以编程并控制和同步化所有的光学硬件。

光学是实现和了理解显微镜和光谱技术的基础，另一个必须的基础就是量子力学，我们不需要像物理背景的人学那么深，知道所有的推导和什么近似算法，我们只需要知道基本的概念，如什么是量子化，什么是spin,什么是算符operator,可以计算简单的量子模型如理想粒子在三维盒子里面的能级，知道什么是主量子数，角量子数，总之我们知道这些就是为了理解光谱中我们的样品为什么只吸收这个波长的波，为什么红外和紫外光看的或检测的东西不同(都是电磁波，就是频率不一样，速度都一样，为什么吸收有不同？)，什么是量子率，你什么时候用紫外和红外啊，每个有什么缺点，为什么会有那些缺点?什么是能级谱？如果你能很好理解下面这个能级图，你的基础大概就可以了，如果根本看不懂就说明你对量子的能级概念根本不懂，即使你在用紫外光谱之类的仪器，也说明你只是会用，为什么要用你就不知道了。

物理中我觉得这些基础最重要，当然随着每个人研究方向的差异应该还有很多必须的基础，但我觉得如果这些基础都有，你见到任何生物牛人你的知识面应该都不是交流的障碍或问题。化学里面有分析化学，物理化学，有机化学和无机化学，如果对药物研发之类的感兴趣，应该学点有机化学，毕竟小分子药物是主流，什么抗体和DNA治疗都是概念性的东西。化学分析对做生物的人还是有用，分析化学的人很多就在做质谱和高效液相色谱之类的，实际也是生化的技术。无机化学对生物的人也有点用，如一些金属无机化合价也是药物，纳米材料好像也沾边，做量子点quantum dot的很多就是无机化学的。总之学海无涯，学什么不该学什么，一看兴趣，二看方向，如果觉得对你有用，管他哪科，自己觉得有用就学，不要人云亦云，别人告诉你学啥你学啥，别人学啥你学啥，始终要有自己的判定，所以我所说的必备技能也要你自己把握，觉得对你就学不对就不学，另外自学能力很重要，不要只有别人教你才能学，自学是做科研最重要的能力。