奮楫篤行，深耕微流控軟制造

張錦玉

朱平安的實(shí)驗(yàn)室瀕臨大海。獨(dú)處時(shí)，他最喜歡的一件事就是去海邊散步或沿著海岸線奔跑。他直言，面對大海的波濤洶涌，整個(gè)人的心情都會變得十分舒暢。而這便是他最放松的狀態(tài)。平生愛大海，披月乘風(fēng)來。在朱平安看來，科研世界的廣闊，也如大海一樣神秘而沒有邊際，值得他用一生來探尋。

從安徽到中國香港，再到美國，他的科研征途跨越了地域與國界，真正用行動詮釋了“讀萬卷書、行萬里路”的意義與真諦。將近十年的國內(nèi)外科研旅程，他在不同國家、地區(qū)的科研技術(shù)歷練與環(huán)境的影響下，樹立了更為客觀、全面的科研創(chuàng)新思想與理念，在微流控領(lǐng)域的科研根基也變得愈加扎實(shí)。

2022年是香港回歸25周年，朱平安的人生也步入了新的階段。從一名學(xué)生成為香港城市大學(xué)機(jī)械工程系助理教授，現(xiàn)如今的朱平安將全身心都放在了科研創(chuàng)新與落地應(yīng)用中。特別是近些年來，他瞄準(zhǔn)全球微納制造領(lǐng)域的巨大發(fā)展前景，創(chuàng)新性地發(fā)展了微流控軟制造技術(shù)，并取得了諸多開創(chuàng)性科研成果。如今，立足于自己的科研“鳥巢”，朱平安的科研成果還在不斷孵化著……

積跬步而至千里

人生沒有白走的路，每一步都算數(shù)。在朱平安看來，每個(gè)人的人生路途，都有其獨(dú)特的意義。重要的是走在這條路上的人，能從中收獲到什么、感悟到什么?；厮葑约禾ど峡蒲姓魍镜男穆窔v程，朱平安始終堅(jiān)信：一切都是最好的安排。

事實(shí)上，在朱平安從事微流控研究之前，他所學(xué)習(xí)的是與其并無直接關(guān)聯(lián)的安全科學(xué)與工程。在本科考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安全工程專業(yè)之后，他才驚訝地發(fā)現(xiàn)，這一學(xué)科的課程與自己最初的設(shè)想大相徑庭——它其實(shí)主要圍繞著火災(zāi)安全而展開。

雖然現(xiàn)實(shí)與理想的落差讓朱平安感到了一絲失落，但他很快調(diào)整了狀態(tài)。隨著對這一專業(yè)的深入學(xué)習(xí)，他逐漸對安全學(xué)科有了全新的認(rèn)識。“重大災(zāi)害的防治，是我國工業(yè)安全及人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要組成部分，而在相關(guān)災(zāi)害發(fā)生之后，就需要具有專業(yè)學(xué)科素養(yǎng)的研究人員提出具體的解決方法和策略。”朱平安說。通過大學(xué)期間的學(xué)習(xí)，他深刻感受到這一領(lǐng)域?qū)ι鐣a(chǎn)生的價(jià)值與意義，最初想要換專業(yè)的想法也煙消云散了。

燃燒和火災(zāi)現(xiàn)象背后蘊(yùn)含著豐富的科研機(jī)理，而想要對相關(guān)災(zāi)害進(jìn)行更加全面的剖析，則需要具備十分扎實(shí)的數(shù)理知識基礎(chǔ)。在朱平安看來，科學(xué)家對于基礎(chǔ)問題的研究，一般都是從基礎(chǔ)層面剖析所看到的現(xiàn)象，對于相關(guān)問題的認(rèn)識達(dá)到一定程度之后，才能進(jìn)一步提出新的科研技術(shù)與方法，以解決相關(guān)科研問題。而本科4年的學(xué)習(xí)，朱平安通過不斷積累，在數(shù)理基礎(chǔ)研究中打下了扎實(shí)的根基。

在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)求學(xué)的4年，是朱平安科研之路的重要起點(diǎn)。學(xué)?！凹t專并進(jìn)，理實(shí)交融”的校訓(xùn)就像燈塔一樣，照耀著朱平安的人生旅程?！啊t專并進(jìn)強(qiáng)調(diào)品行操守與業(yè)務(wù)技能的相得益彰，‘理實(shí)交融則強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合?！敝炱桨步忉屨f。學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)樸實(shí)的學(xué)風(fēng)，無形中影響著越來越多像他一樣的青年學(xué)子投身其中，成為祖國未來的科研創(chuàng)新力量。在這一思想的影響下，本科畢業(yè)后，朱平安毅然決然地選擇繼續(xù)自己的學(xué)術(shù)之路。此后，他又相繼前往香港大學(xué)、哈佛大學(xué)進(jìn)行博士、博士后階段的深造，并在這一時(shí)期，正式將研究方向轉(zhuǎn)到微流控領(lǐng)域。

因?yàn)槲⒘骺胤较驅(qū)儆诹黧w力學(xué)的學(xué)科分支，因此需要較好的數(shù)理基礎(chǔ)，才能攻克比較復(fù)雜的科研問題。雖然本科期間對這一方向的研究并無涉及，但大學(xué)4年所打下的數(shù)理基礎(chǔ)，反而讓朱平安從事微流控領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究更加得心應(yīng)手。這些經(jīng)歷，也讓朱平安更加堅(jiān)信，人生所走的每一步路都是有意義的。

讀博初期，朱平安就從數(shù)理建模的角度出發(fā)，去探究微流控技術(shù)的背后機(jī)理。在此之后的博士后階段，他又基于之前的基礎(chǔ)，進(jìn)一步深入微流控技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，開展課題研究，使自己在科研技術(shù)積累與沉淀中，成為在相關(guān)領(lǐng)域可以獨(dú)當(dāng)一面的科研工作者。

將科研立足國需

志存高遠(yuǎn)方能登高望遠(yuǎn)，胸懷祖國方可大展宏圖。求學(xué)時(shí)，朱平安的科研視野就從未止于一隅。學(xué)成歸來后，他選擇扎根在香港城市大學(xué)開展研究工作，科研視野也從香港地區(qū)輻射到國家對微流控領(lǐng)域的整體需求。他直言：現(xiàn)如今，內(nèi)地與香港的科技交流越來越緊密，他希望能夠和團(tuán)隊(duì)成員一起創(chuàng)新研發(fā)一些潛在的應(yīng)用技術(shù)，將研究成果真正扎根在祖國大地上。

微流控是由生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、材料、機(jī)械、電子等學(xué)科交叉而成的創(chuàng)新型研究熱點(diǎn)，既是一門在微尺度下研究流體力學(xué)的自然科學(xué)，又是一門通過微型化設(shè)備來操縱流體的技術(shù)。“從科學(xué)上來講，我所研究的技術(shù)就是將流體在微米或亞微米尺度的空間中進(jìn)行處理和操控，凡是符合這一情況的，都可以統(tǒng)稱為微流控技術(shù)。”朱平安介紹說。

事實(shí)上，在我們的生活中也有一些廣泛存在但鮮為人知的微流控系統(tǒng)。在自然界中，植物的蒸騰作用其實(shí)就是將植物內(nèi)部的水從根部運(yùn)輸?shù)饺~子的過程，而其進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)輸?shù)墓艿辣闶且环N天然的微納流控系統(tǒng)。而人體血液的運(yùn)輸與流通也與其有著異曲同工之妙。除此之外，在新冠肺炎疫情大流行的今天，核酸和抗原的檢測過程也是非常典型的微流控系統(tǒng)的應(yīng)用。

深耕在這一領(lǐng)域多年，朱平安從微流控技術(shù)的基礎(chǔ)到應(yīng)用層面，都進(jìn)行了深入探索與實(shí)踐。通過對行業(yè)現(xiàn)狀深入調(diào)查與分析，他發(fā)現(xiàn)：微納制造領(lǐng)域一直存在跨尺度的加工挑戰(zhàn)，微觀上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的高精度多樣化制造和宏觀上實(shí)現(xiàn)器件的批量化低成本制造就像“魚和熊掌”一樣，往往不可兼得。微納制造包括自上而下和自下而上兩類技術(shù)，前者如光刻等，是利用宏觀基體材料加工出功能結(jié)構(gòu)，但是存在加工精度受限、設(shè)備昂貴、環(huán)境嚴(yán)格（如超凈間等）、成本高昂等缺點(diǎn);后者如自組裝等，則是利用基本單元按照既定規(guī)則組裝成設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，雖然提高了加工精度，但不利于大規(guī)模制造，同時(shí)對結(jié)構(gòu)的宏觀性能調(diào)控仍有不足。有沒有可能發(fā)展一種新的加工思路，使結(jié)構(gòu)的高精度多樣化制造和宏觀上的批量化低成本制造都可以兼顧？在明確的方向指引下，朱平安展開了一系列研究攻關(guān)。

針對這些不足，朱平安利用流體的軟物質(zhì)特性和多尺度流動特點(diǎn)，創(chuàng)新性地發(fā)展了微流控軟制造技術(shù)。一方面，流體優(yōu)異的變形能力為塑造種類多樣的結(jié)構(gòu)提供了可能;另一方面，微流控技術(shù)完美彌合了微觀和宏觀尺度間的差異，可同時(shí)滿足微納米級的加工精度和毫米至米級的批量化制備要求。

科研攻關(guān)之路漫漫。事實(shí)上，早在2013年，朱平安就開始圍繞微流控軟制造技術(shù)，從3個(gè)相對獨(dú)立又相互支撐的方面展開了系統(tǒng)研究。10年來，他通過微尺度多相流基礎(chǔ)研究精確控制微液滴產(chǎn)生，為微流控軟制造的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。在此之后，他利用微流體軟模板規(guī)?；珳?zhǔn)制造仿生系統(tǒng)，驗(yàn)證了微流控軟制造的可行性和通用性;通過調(diào)控固體表面流動用于發(fā)展新型開放空間微流控，拓展了微流控軟制造技術(shù)的應(yīng)用場景。這些研究為微流控軟制造在能源、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、工程等多學(xué)科領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，將對先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步產(chǎn)生重要影響。

一系列創(chuàng)新性科研成果衍生出一篇篇具有影響力的科研論文。從事科研多年來，朱平安先后在《科學(xué)》（Science）、《化學(xué)評論》（Chemical? Reviews）， 《自然·通信》（Nature? Communications）等期刊發(fā)表論文38篇，受邀在施普林格·自然（Springer Nature）出版社撰寫英文學(xué)術(shù)專著1部，公開PCT國際專利1項(xiàng);研究成果獲得新華社、《南華早報(bào)》、《泰晤士報(bào)》等眾多媒體的重點(diǎn)報(bào)道。在相關(guān)科研成果的支撐下，朱平安曾獲得2022國際先進(jìn)材料學(xué)會青年科學(xué)家獎(jiǎng)、2021中國新銳科技人物突出成就獎(jiǎng)、2018全球創(chuàng)新獎(jiǎng)、2017香港青年科學(xué)家獎(jiǎng)提名等榮譽(yù)和獎(jiǎng)項(xiàng)。

任重道遠(yuǎn)的科研之路

“鳥巢”（NEST）——是朱平安為自己的研究團(tuán)隊(duì)所命名的名字。從2020年11月份正式入職香港城市大學(xué)，至今不到兩年，他就順利組建了一支將近10人的研究隊(duì)伍?；厮葸^往，一幕幕團(tuán)隊(duì)建設(shè)時(shí)所經(jīng)歷的畫面從朱平安腦中浮現(xiàn)。他直言，建設(shè)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，是自己讀博士和從事博士后研究期間從未有過的經(jīng)歷。當(dāng)時(shí)作為一位剛?cè)肼毜男氯耍苍鴵?dān)心過團(tuán)隊(duì)的建設(shè)過程是否順利。在經(jīng)歷困難和躊躇之際，是香港城市大學(xué)機(jī)械系的老師還有學(xué)校的各個(gè)行政部門，給予了他巨大的支撐與幫助。讓他僅用幾個(gè)月的時(shí)間，就將實(shí)驗(yàn)所用的基礎(chǔ)設(shè)備購買完成。在此后的一年間，他又親力親為、一步步將實(shí)驗(yàn)室整體搭建完成，并在2021年6月份，成功招募了第一位學(xué)生。

“麻雀雖小，但是五臟俱全?！敝炱桨策@樣評價(jià)自己的研究團(tuán)隊(duì)。這個(gè)小小的“科研鳥巢”，飽含朱平安對于科研理想的希望與寄托。他的最終目標(biāo)是把自己的實(shí)驗(yàn)室打造成一個(gè)具有超強(qiáng)團(tuán)隊(duì)凝聚力且又溫馨自在的“鳥窩”，幫助自己的學(xué)生們孵化更多有價(jià)值的科研成果。

創(chuàng)新科技發(fā)展，人才是基礎(chǔ)。香港特區(qū)政府勞工及福利局此前發(fā)布的《2027年人力資源推算報(bào)告》顯示，香港創(chuàng)科產(chǎn)業(yè)的人力需求在未來數(shù)年內(nèi)將按年增長4.3%，增速居各行業(yè)之首。預(yù)計(jì)到2027年，香港創(chuàng)科相關(guān)行業(yè)的人力資源需求將達(dá)到5.76萬人，人才缺口亟須補(bǔ)齊。在這一現(xiàn)狀之下，相關(guān)領(lǐng)域科研人才的培養(yǎng)也成為擺在朱平安眼前的重要任務(wù)。

回顧過往的科研生涯，朱平安深知一位良師對于學(xué)生成長的深遠(yuǎn)影響。在多年的科研征程中，他曾在香港大學(xué)和哈佛大學(xué)的課題組接觸到了不同科研團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室管理及培養(yǎng)學(xué)生的思路，這些寶貴的科研經(jīng)歷也讓他收獲了一筆無形的財(cái)富。特別是團(tuán)隊(duì)扁平化的管理方式，能夠幫助學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并根據(jù)不同學(xué)生的具體情況制訂培養(yǎng)方案，讓朱平安受益匪淺。在這些教學(xué)及管理思想的啟發(fā)下，朱平安在培養(yǎng)學(xué)生時(shí)，會更加注重因材施教，在跟學(xué)生一對一的交流中，幫助他們發(fā)現(xiàn)自己的特長與優(yōu)勢，使他們在科研中更好地發(fā)揮自己的主觀能動性。

朱平安將自己的學(xué)生比喻為幼鳥，他說：“一般幼鳥在巢中要待4年的時(shí)間，在這4年間我會盡力地幫助他們成長，使他們能夠具備獨(dú)立科研的能力。4年之后我希望他們每個(gè)人都能靠自己的力量展翅高飛，創(chuàng)造屬于自己的一片科研天空?！?/p>

科技的發(fā)展瞬息萬變。立足于產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，朱平安發(fā)現(xiàn)了微流控軟制造領(lǐng)域新的發(fā)展機(jī)遇。微流控軟制造具有高精度、批量化、多樣性、低成本、綠色、兼容的優(yōu)勢。隨著多學(xué)科的交叉融合及實(shí)際需求的不斷增長，其將極大促進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，并在能源、信息技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域展開諸多應(yīng)用。

“過往的求學(xué)經(jīng)驗(yàn)告訴我，想真正做好一個(gè)有用的技術(shù)，絕對不能缺失對它背后的機(jī)理探討，因?yàn)槿绷诉@一步，我們就很難發(fā)明出能夠真正解決社會問題的技術(shù)?！敝炱桨舱f。面向未來，他希望能夠引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)立足于基礎(chǔ)研究，從智能生產(chǎn)、智能器件、智能應(yīng)用三方面將“微流控軟制造”升級為“微流控軟智造”，最終將它發(fā)展成一門通用的微納制造技術(shù)，推動先進(jìn)制造業(yè)的綠色、高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

在朱平安看來，科研不是空中樓閣，如果沒有辦法形成一些具有應(yīng)用價(jià)值的科研技術(shù)，只是單純地發(fā)一些理論文章的話，科研的道路便會越走越窄。“未來，我還是希望能夠和團(tuán)隊(duì)成員們一起做出更多對社會有價(jià)值、有意義的科研成果，我相信這也是大多數(shù)科研工作者的心聲。”朱平安堅(jiān)定地說。

（責(zé)編：張聞）