為生物材料助力

陳浩

生物與先進(jìn)材料器件的研究范圍廣，因其結(jié)構(gòu)上的多重優(yōu)勢(shì)以及其他材料無(wú)法匹配的生物學(xué)功能，一度成為應(yīng)用于柔性電子器件中的“完美材料”，并被廣泛應(yīng)用于納米生物醫(yī)用材料、納米生物傳感器和成像技術(shù)以及利用掃描探針顯微鏡分析蛋白質(zhì)和DNA的結(jié)構(gòu)與功能等重要領(lǐng)域。迄今為止，相關(guān)研究取得了令人矚目的成就。

在生物材料領(lǐng)域，不得不提到吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院副教授王麗麗，她正是研究這一“完美材料”的科研人員之一。她長(zhǎng)期以功能信息、生物材料研究為主線，探索調(diào)控功能信息生物材料與柔性器件相互作用的新規(guī)律、新機(jī)理和新技術(shù)。為信息生物材料在柔性電子、醫(yī)學(xué)診療、傳感、光電和仿生等領(lǐng)域上的應(yīng)用所做出的巨大努力的背后，是她數(shù)年如一日鍥而不舍的堅(jiān)持。

科研是一段愉快的旅程

“在實(shí)驗(yàn)室里，你可以盡情發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，化學(xué)、材料、電子等領(lǐng)域都可以與生物材料相結(jié)合，要找出適合自己的研究道路?！睍r(shí)至今日，回想起導(dǎo)師說(shuō)的這番話，王麗麗都會(huì)感慨萬(wàn)分，在她看來(lái)，這不僅僅為她找到了正確的科研方向，更令她無(wú)論何時(shí)何地，只要一想到自己的科研未來(lái)，都會(huì)斗志滿滿。

從碩士期間的化學(xué)專業(yè)研究，到博士期間從事先進(jìn)功能材料電子器件的研究，再到在新加坡做博士后期間轉(zhuǎn)戰(zhàn)到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究，王麗麗回想起來(lái)，不禁感嘆道自己求學(xué)之路的坎坷和復(fù)雜。“我在科研上跨越了多個(gè)學(xué)科，也有過(guò)不少迷茫期，但我的老師張彤教授、盧革宇教授、孫洪波教授以及新加坡南洋理工大學(xué)的NamJoon Cho教授，給予我的指導(dǎo)和包容，讓我在科研路上少走了很多彎路。”

萬(wàn)事預(yù)則立，不預(yù)則廢?？蒲袩o(wú)坦途，靜心常常是科研準(zhǔn)備的第一步。多年科研攻關(guān)，王麗麗直言各種各樣的困難都經(jīng)歷了，但無(wú)論是面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不如意，還是科研想法的難以實(shí)施，她都會(huì)及時(shí)調(diào)整心態(tài)，越挫越勇。抱著對(duì)科研單純的喜歡，她在這條常人難以堅(jiān)持的道路上不斷前行，用她的話來(lái)說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)成功的喜悅是任何語(yǔ)言都無(wú)法形容的?！?/p>

為此，她一直在生物、先進(jìn)材料器件領(lǐng)域辛勤耕耘探索?？蒲袑?duì)于王麗麗來(lái)說(shuō)，不是苦不堪言，也不是一籌莫展，相反是一段愉快的旅程。在這段路上取得的多項(xiàng)成果，使她入選了第三屆中國(guó)科協(xié)“青年人才托舉”工程，為她接下來(lái)的工作給予了更多的支持。對(duì)此，王麗麗表示，將會(huì)化這種鼓勵(lì)為動(dòng)力，不忘初心，繼續(xù)為仿生技術(shù)在多功能傳感器上的研究添磚加瓦。

探索柔性之美

將生物材料應(yīng)用于柔性電子設(shè)備中的研究，也是王麗麗的研究重點(diǎn)。雖然研究早已在多方面取得突破，但仍面臨著難以想象的阻礙與困難，其中最令王麗麗頭疼的是與傳統(tǒng)半導(dǎo)體或有機(jī)聚合物相比，基于生物材料的器件在性能上還有許多不足。如果能夠?qū)⑵渑c傳統(tǒng)無(wú)機(jī)和有機(jī)半導(dǎo)體相結(jié)合，再在生物材料的提取技術(shù)上下足功夫，使材料實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的愿望就將不再是奢望了。

另一方面，生物、先進(jìn)材料器件在生物醫(yī)學(xué)和能源等領(lǐng)域的應(yīng)用，也是王麗麗研究的重中之重，她表示，由于納米材料的優(yōu)異性使其在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，發(fā)展生物芯片技術(shù)具有重要的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。

為此，在生物醫(yī)學(xué)研究方向上，王麗麗將生物材料應(yīng)用在柔性電子器件上，主要針對(duì)癌癥分子的檢測(cè)，人體脈搏、肌肉運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)音、溫度的識(shí)別等生理信號(hào)以及實(shí)時(shí)監(jiān)控人體健康狀況等方面進(jìn)行探索。她與團(tuán)隊(duì)將仿生電子皮膚應(yīng)用于對(duì)脈搏、語(yǔ)音等人體生理信號(hào)的實(shí)時(shí)快速檢測(cè)，他們通過(guò)對(duì)人體說(shuō)話時(shí)喉部肌肉群運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微弱壓力變化及脈搏波形變化分析，初步實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音識(shí)別和人體不同生理狀態(tài)的準(zhǔn)確檢測(cè)。

此外，在對(duì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的監(jiān)控上，王麗麗利用生物材料天然的組分特征制備出柔性氣體傳感器。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)多種疾病的變化發(fā)展起到了意想不到的良好效果。譬如針對(duì)糖尿病病人，該技術(shù)就可以通過(guò)監(jiān)控糖尿病病人呼氣氣體中丙酮的濃度，來(lái)初步判斷病人的血糖變化。

除此之外，在探測(cè)大氣中的有毒有害氣體以及室內(nèi)的VOC氣體上，王麗麗實(shí)現(xiàn)了多種VOC氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的智能口罩系統(tǒng)的研制。日日夜夜的付出，獲得了諸多回報(bào)，她以第一作者和通訊作者身份在Chem.Soc.Rev.Adv. Funct. Mater.Nano Energy等重要期刊共發(fā)表SCI論文38篇，含一區(qū)文章30篇，并被多個(gè)期刊選為封面論文。

2017年，她針對(duì)柔性器件，將研究重心向高靈敏度、高度可拉伸、高集成度、多指標(biāo)檢測(cè)、人機(jī)接口等方向發(fā)展。她與團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目“新型可穿戴氣體傳感器研究”中，計(jì)劃基于以石墨烯為代表的超薄多功能電子器件，圍繞其原理、機(jī)制、設(shè)計(jì)、工藝和應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理，研制出高性能傳感器件。

她指出，碳復(fù)合材料生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移工藝技術(shù)尤其適用于柔性器，但由于碳材料，也就是通常說(shuō)的石墨烯，其厚度只有一個(gè)原子層，想要實(shí)現(xiàn)將其無(wú)損害、無(wú)皺褶的大面積轉(zhuǎn)移到柔軟的襯底材料，就需要發(fā)展重復(fù)性高、可靠性好的工藝技術(shù)，同時(shí)伴隨的還有適合柔性器件制備的光刻、打印、刻蝕等圖形化技術(shù)。

在柔性氣體傳感器件領(lǐng)域，柔性器件的可延展性及如何突破現(xiàn)有傳感器極限，實(shí)現(xiàn)高靈敏度器件，一直都是柔性氣體傳感器件領(lǐng)域的難解之謎。但既然做，就要勇于挑戰(zhàn)，如今，為了使這個(gè)難解之謎變得不再是謎，王麗麗毅然踏上這條艱辛的科學(xué)求解之路。

但究竟該如何下手呢？王麗麗團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)討論設(shè)計(jì)，最終計(jì)劃通過(guò)制備蛇形等微圖形結(jié)構(gòu)，利用其在大形變情況下的分散應(yīng)力，將襯底彎曲、拉伸等形變條件對(duì)碳復(fù)合材料的柔性傳感器的影響達(dá)到最小化。在此基礎(chǔ)上，再通過(guò)合理選擇高柔性的碳材料，設(shè)計(jì)復(fù)合材料的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀形貌，進(jìn)一步提升材料的靈敏系數(shù)和測(cè)量范圍。最后，基于碳復(fù)合材料的柔性、高靈敏度和寬線性響應(yīng)范圍，研制出柔性氣體傳感器。

科研思路已塵埃落定，結(jié)果也會(huì)在不久的將來(lái)公之于眾。一路走來(lái)，支撐王麗麗堅(jiān)持不懈的是她所在的吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院敏感團(tuán)隊(duì)。這支團(tuán)隊(duì)在電子學(xué)院院長(zhǎng)盧革宇教授的帶領(lǐng)下，在敏感材料與器件的研究上愈走愈遠(yuǎn)。王麗麗這樣評(píng)價(jià)這支團(tuán)隊(duì)：“整個(gè)團(tuán)隊(duì)就像一個(gè)大家庭一樣，大家團(tuán)結(jié)一心，共同進(jìn)退?！闭f(shuō)到底，團(tuán)隊(duì)之所以能夠走得又快又遠(yuǎn)，必定離不開(kāi)每位團(tuán)員超強(qiáng)的責(zé)任感，以及腳踏實(shí)地的科研態(tài)度。

“用簡(jiǎn)單的方法創(chuàng)造出更大的價(jià)值。”這是團(tuán)隊(duì)的初衷，更是王麗麗的堅(jiān)持所在。未來(lái)，她仍會(huì)集中于將生物信息材料應(yīng)用在各種傳感器上的研究，爭(zhēng)取盡快實(shí)現(xiàn)柔性電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。

在王麗麗眼里，生活就是科研舞臺(tái)，而生活中的一點(diǎn)一滴，正是她無(wú)時(shí)無(wú)刻都在尋求的科研突破口。未來(lái)，她仍會(huì)以生物材料為手中的利劍，勇敢迎接科研路上一個(gè)又一個(gè)的難關(guān)。