為生物材料助力

陳浩

生物與先進材料器件的研究范圍廣，因其結(jié)構(gòu)上的多重優(yōu)勢以及其他材料無法匹配的生物學(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持。

科研是一段愉快的旅程

“在實驗室里，你可以盡情發(fā)揮自己的優(yōu)勢，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至今日，回想起導(dǎo)師說的這番話，王麗麗都會感慨萬分，在她看來，這不僅僅為她找到了正確的科研方向，更令她無論何時何地，只要一想到自己的科研未來，都會斗志滿滿。

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，不禁感嘆道自己求學(xué)之路的坎坷和復(fù)雜?！拔以诳蒲猩峡缭搅硕鄠€學(xué)科，也有過不少迷茫期，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?！?/p>

萬事預(yù)則立，不預(yù)則廢?？蒲袩o坦途，靜心常常是科研準備的第一步。多年科研攻關(guān)，王麗麗直言各種各樣的困難都經(jīng)歷了，但無論是面對實驗結(jié)果的不如意，還是科研想法的難以實施，她都會及時調(diào)整心態(tài)，越挫越勇。抱著對科研單純的喜歡，她在這條常人難以堅持的道路上不斷前行，用她的話來說：“實驗成功的喜悅是任何語言都無法形容的?！?/p>

為此，她一直在生物、先進材料器件領(lǐng)域辛勤耕耘探索?？蒲袑τ谕觖慃悂碚f，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成果，使她入選了第三屆中國科協(xié)“青年人才托舉”工程，為她接下來的工作給予了更多的支持。對此，王麗麗表示，將會化這種鼓勵為動力，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。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)無機和有機半導(dǎo)體相結(jié)合，再在生物材料的提取技術(shù)上下足功夫，使材料實現(xiàn)實用化的愿望就將不再是奢望了。

另一方面，生物、先進材料器件在生物醫(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)具有重要的社會與經(jīng)濟意義。

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，主要針對癌癥分子的檢測，人體脈搏、肌肉運動、語音、溫度的識別等生理信號以及實時監(jiān)控人體健康狀況等方面進行探索。她與團隊將仿生電子皮膚應(yīng)用于對脈搏、語音等人體生理信號的實時快速檢測，他們通過對人體說話時喉部肌肉群運動產(chǎn)生的微弱壓力變化及脈搏波形變化分析，初步實現(xiàn)了語音識別和人體不同生理狀態(tài)的準確檢測。

此外，在對醫(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)過實驗驗證，對多種疾病的變化發(fā)展起到了意想不到的良好效果。譬如針對糖尿病病人，該技術(shù)就可以通過監(jiān)控糖尿病病人呼氣氣體中丙酮的濃度，來初步判斷病人的血糖變化。

除此之外，在探測大氣中的有毒有害氣體以及室內(nèi)的VOC氣體上，王麗麗實現(xiàn)了多種VOC氣體實時監(jiān)測的智能口罩系統(tǒng)的研制。日日夜夜的付出，獲得了諸多回報，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，并被多個期刊選為封面論文。

2017年，她針對柔性器件，將研究重心向高靈敏度、高度可拉伸、高集成度、多指標檢測、人機接口等方向發(fā)展。她與團隊在項目“新型可穿戴氣體傳感器研究”中，計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、機制、設(shè)計、工藝和應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行梳理，研制出高性能傳感器件。

她指出，碳復(fù)合材料生長、轉(zhuǎn)移工藝技術(shù)尤其適用于柔性器，但由于碳材料，也就是通常說的石墨烯，其厚度只有一個原子層，想要實現(xiàn)將其無損害、無皺褶的大面積轉(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？王麗麗團隊經(jīng)過反復(fù)討論設(shè)計，最終計劃通過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、拉伸等形變條件對碳復(fù)合材料的柔性傳感器的影響達到最小化。在此基礎(chǔ)上，再通過合理選擇高柔性的碳材料，設(shè)計復(fù)合材料的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀形貌，進一步提升材料的靈敏系數(shù)和測量范圍。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)果也會在不久的將來公之于眾。一路走來，支撐王麗麗堅持不懈的是她所在的吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院敏感團隊。這支團隊在電子學(xué)院院長盧革宇教授的帶領(lǐng)下，在敏感材料與器件的研究上愈走愈遠。王麗麗這樣評價這支團隊：“整個團隊就像一個大家庭一樣，大家團結(jié)一心，共同進退?！闭f到底，團隊之所以能夠走得又快又遠，必定離不開每位團員超強的責任感，以及腳踏實地的科研態(tài)度。

“用簡單的方法創(chuàng)造出更大的價值?！边@是團隊的初衷，更是王麗麗的堅持所在。未來，她仍會集中于將生物信息材料應(yīng)用在各種傳感器上的研究，爭取盡快實現(xiàn)柔性電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的目標。

在王麗麗眼里，生活就是科研舞臺，而生活中的一點一滴，正是她無時無刻都在尋求的科研突破口。未來，她仍會以生物材料為手中的利劍，勇敢迎接科研路上一個又一個的難關(guān)。