技術引領時代

李明麗

2016年7月27日，材料領域頂尖雜志《先進材料》以封面文章的形式發(fā)表了1篇華中科技大學機械學院最新研究成果的論文——《一種基于PDMS，擁有柔性、粘性和可拉伸性的表皮電子材料》。楚天學者講座教授、華中科技大學機械學院博士生導師吳志剛是論文的通訊作者，其課題組的第一位博士生張碩，是論文的并列第一作者。

成果向世人所展現(xiàn)的材料，其神奇魅力來源于一種彈性高聚物PEIE的巧妙混雜，從而大幅度提高了柔性基質的彈性和延展性，還使材料具備了一定的粘性。這為超薄柔性電子系統(tǒng)靈活地貼附在皮膚表面，實現(xiàn)可穿戴、醫(yī)療診斷等功能提供了更多的技術支撐。

吳志剛及其所帶領的技術團隊因此進入更多人的視野。與很多“技術宅”一樣，吳志剛骨子里透著一種樸實無華的氣質，也有著對前沿科學技術特有的熱情和執(zhí)著的追求。

不斷積累，為了一個天真的想法

回顧最初的從業(yè)之路，吳志剛坦言存在一定的偶然性。

本科從華中科技大學畢業(yè)后，他漂洋過海去往新加坡的南洋理工大學深造，攻讀博士學位。當時學校給了他兩個方向選擇：一個是做微流控芯片；另一個是做記憶合金。斟酌再三，他選擇了前者，只因為一個看似“天真”的想法：

“我是機械專業(yè)出身，剛接觸專業(yè)的那個年代，正值電子和通信技術專業(yè)異軍突起，我親眼目睹和親身感受到這些前沿技術引發(fā)世界科技變革，改變人類生活。我曾為自己不能涌入浪潮之尖而感到遺憾，于是我想，為什么不在人生轉彎的路口選擇一個更有發(fā)展的方向，從而成為抓住下一個可能改變世界機會的幸運兒呢？”

年輕的吳志剛就是懷抱這樣一個“天真”的夢想，踏入了微流控研究的大門，開始了自己漫長的科研征程。他清楚地明白：夢在遠方，路在腳下。既然選擇了遠方，便只顧風雨兼程。

在攻讀博士期間，吳志剛主要在在微流控領域具有全球影響力的Nam-Trung Nguyen研究組從事微流控基本理論、仿真建模、器件加工以及測量評價等方面的研究。通過刻苦專研，他積累了一定的科研經驗，并且取得了一系列的創(chuàng)新成果，包括搭建當時具有世界先進水平的微粒子測速/可視化平臺，并且利用其進行微觀尺度下的混合機理研究；首次發(fā)現(xiàn)微觀尺度下由于極陡的濃度梯度引起的非線性化現(xiàn)象的直接證據，理清其與雷諾數(shù)之間的關系；提出并實現(xiàn)了世界上首個利用多相流聚焦的微混合技術等。

因為不能夠立馬拿到博士學位，所以在接下來的一年等待時間中，他開始從事博士后的研究工作，期間主要進行基于芯片的細胞分選和分離工作。根據自己的研究成果，他首次提出電場控制的流場分離概念，并將生物相容的粘彈性液體用在具有高度敏感性的細胞分離上。

在新加坡的那段日子為他全面了解專業(yè)知識，掌握科研流程打下了堅實的基礎。為了向更高的科研目標進軍，他沒有固步自封，選擇繼續(xù)遠行。

如果說吳志剛在新加坡的研究是在為今后的研究打下基礎，他在瑞典期間的研究工作則是夯實基礎后的飛躍。在瑞典期間，他創(chuàng)造性地將微流控技術和電子電路技術相結合，開創(chuàng)了一個全新的研究領域——微流控射頻電子學。這一工作得到多位教授包括哈佛大學教授和美國三院院士Whitesides在內的研究組的肯定，多次被學術界和大眾媒體作為亮點報道。他還首創(chuàng)了一種利用軟慣性力學進行細胞分離的方法，利用該方法成功地高通量高生物活性地分離了人類血細胞和高純度的細菌，得到哈佛大學同行學者的高度評價。他們認為該方法是“極具創(chuàng)造性的而且對敗血癥和感染的診斷具有很高的潛在臨床應用價值”。在瑞典，他邁出了重要的一步，確立了自己在微流控研究領域的學術地位。

他總結道：到了瑞典之后，我學會了如何尋找自己的興趣方向，怎么去成立一個研究組，怎么去管理團隊。在瑞典的歲月鍛煉了我的獨立工作能力，這是一個質的提高。

“不積跬步無以至千里，不積小流無以成江海?！边@句話用在吳志剛身上再合適不過，從本科的機械專業(yè)，到博士階段在南洋理工大學進行微流控研究，再到瑞典繼續(xù)進行深造學習，他一步一步，積累夯實自己的科研基礎，不斷提高自己的個人能力，終于迎來了質的飛躍。通過多年研究，他將微流控動力學、微加工表面化學和電子電路等領域有機融合，形成一套有自己特色的微流控研究體系。在相關國際知名雜志包括微流控領域頂級雜志《實驗室芯片》，應用物理頂級雜志《應用物理快報》，材料類頂尖雜志《先進材料》等上發(fā)表論文30余篇，其中絕大多數(shù)論文都是以主要作者身份發(fā)表，總引用率達到1600次，目前SCI H指數(shù)已經達到16。數(shù)篇論文分別進入當年（月）熱點文章，為《自然》《美國科學院院刊》《化學協(xié)會評論》《德國應用化學》等諸多雜志引用多次。

心向前沿，以科技改變生活為目標

2014年7月，就在吳志剛在國外的科研工作蒸蒸日上時，他卻出人意料地作為中組部國家“青年千人計劃”的成員歸國，回到曾經的母校——華中科技大學執(zhí)教。

對回國回校的原因，他的解釋依然保持慣有的質樸：“說起來非常簡單，就是‘想回來了。一方面國家正是發(fā)展的時候，我想要為國家盡一份力；另一方面，華中大是我的母校，離我的家鄉(xiāng)也非常近，父母年齡大了，離他們近一點也方便照顧他們。并且我之前的科研工作環(huán)境太安逸了，身為一個做工程的人，我想回來做一點自己的東西，希望有一天能將自己的技術真正變成實用的產品，而不是寫在紙上的幾個字母?！?/p>

懷著這樣的初衷，歸國后吳志剛很快啟動了軟性微納技術制造研究項目。“開始的一年半時間都是在做基礎工作，完善團隊、培養(yǎng)人才、提高工藝技術水平。現(xiàn)在雖然已經具備了一定的基礎，但還是希望可以優(yōu)化實驗室隊伍結構，讓實驗室運轉更加順利——畢竟科研平臺是非常重要的。通過一個好的平臺才能做出與眾不同的東西，孵化出一些能夠轉化為市場需要的東西。

因為在國外待久了，已經習慣了一套科研體系的工作方式，吳志剛歸國后在一個完全不同的體制下，需要慢慢適應，所以他給自己目前的目標就是按部就班地把手邊的項目做完做好。

而他目前手邊的項目和研究，與文首提到的表皮電子材料研究有著千絲萬縷的聯(lián)系。

最近幾年來PC市場一直停滯不前，甚至出現(xiàn)了明顯下滑的趨勢。許多新的技術和計算機概念被提出，如“BeyondMoore”和“More than Moore”。這其中包含很多新的技術，如以石墨烯和碳納米管為代表的碳基電子和以碳鏈為骨架衍生出來的有機電子，還有生物計算技術、量子計算技術等。

作為“More than Moore”技術中的一員，柔性電子又重回人們的視野。其輕量化、機械可卷可彎可折等優(yōu)良特點使其在很多方面得到了廣泛的應用，包括電子皮膚、柔性顯示屏等，特別是在對重量和體積有極高要求的航空航天工業(yè)上，其應用潛力更加巨大。柔性電子的廣泛應用極大地推動了航空航天水平的提高。

浪潮之上，激流勇進。心向前沿，從需求出發(fā)，吳志剛帶領他的團隊開始了對前沿科學技術的追索之路。

“隨著便攜式設備的迅速普及，以及高度智能化帶來的便利，人們與便攜設備的關系越來越密切。在這種趨勢下，人們普遍認為可與人體直接接觸和相互作用的可穿戴式智能設備將成為下一階段的智能設備的代表，表皮電子應運而生。由于人類肌膚有很大的拉伸性，所以與柔性電子相比，表皮電子更進一步，需要有較大的機械可拉伸性，或者說可延性。將柔軟、可拉伸的彈性體引入到電子電路中，制作出來的電子系統(tǒng)可以非常良好地貼合在人體皮膚上，不會由于硬度差異帶來任何的不適應，沒有任何額外負擔。除此以外，可拉伸智能設備還可以貼合到各種復雜表面上，如航空器、飛行器和大型雷達等?！眳侵緞側缡窍蛴浾哒宫F(xiàn)柔性電子材料的美好。

但是，這種電子材料從加工到匹配都是極具挑戰(zhàn)性的。傳統(tǒng)的硅基電子只有1%左右的可拉伸性，而表皮電子能夠與人體皮膚貼合，其可拉伸性能優(yōu)異，由于可拉伸率的巨大差別，傳統(tǒng)的基于硅基的加工方法可能不適用于表皮電子的加工，需要進行大幅度的革新，甚至是推倒重來。

為解決這些問題，吳志剛及其團隊經過大量實驗和研究，提出了一種極其簡單有效的思路：利用轉印技術將刻有電路圖案的掩膜轉印到半固化的PDMS上，之后使用噴印設備將導電液體均勻噴涂到掩膜上，再拿去掩膜，即可在半固化的PDMS上得到需要的柔性電子電路。為了保證柔性電子電路工作時的穩(wěn)定性，接下來就利用PDMS對其進行封裝。PDMS具有一定的可拉伸性能，使得制作的柔性電子設備能夠與人體表皮貼合。

這種技術不僅能夠實現(xiàn)使用現(xiàn)有的設備進行大規(guī)模制造，具有很大的潛力，而且制造出來的電路可靠性很高，性能良好。

更加令人驚喜的是，如文首所講述的，吳志剛團隊通過彈性高聚物PEIE的巧妙混雜，大幅度提高了柔性基質的彈性和延展性，還使材料具備了一定的粘性。通過使用這種新得到的材料，柔性電子設備能夠更加靈活地貼合到人體皮膚表面，進一步改進了表皮電子的性能。

寄予希望，向未來踏實前行

吳志剛回國的時間不是很長，其所帶領的團隊、構建的實驗室也在逐步完善，但也收獲不少。

對園丁育人這一職責，吳志剛很看重。多年前，他曾在母校呵護下往更廣闊的天地飛翔；如今他也想把自己多年積累的經驗回饋給自己的母校，讓下一代飛得更高。

對自己的團隊，吳志剛寄予了很高的期望，他希望自己團隊最終培養(yǎng)出來的人才能夠和國際上的一流團隊同臺競爭。吳志剛總是不斷告訴自己的團隊成員：“你要明白你是來干什么的，而且要有足夠的自覺。畢竟青春是你們的，而不是我的。你們如果不刻苦努力，浪費的是你們自己的大好時光，所以一定要趁現(xiàn)在把握住機會，踏踏實實做事，做出一點成果。”

“我會提前說明，我們這個團隊是需要你來做科研的，而不是立馬準備去賺大錢的，更不是來混文憑的，這里是成就你未來事業(yè)、提升你個人能力的地方。我們要求以興趣為導向，以能力為基礎。你有興趣你再過來，通過興趣凝聚大家，形成有強大凝聚力的團隊。有相同的愿景，在可見的、可預期的情況下通過自己的努力，能夠做出一些東西，實現(xiàn)我們的最終目的?！眳侵緞傔@樣說道。

與做科研一樣，他的育人方式也秉持著慣有的質樸無華。令他感到欣慰的是，他的學生，也潛移默化地遵循這樣的品格。夢在遠方，路在腳下，唯有踏實前行。