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)構上的多重優(yōu)勢以及其他材料無法匹配的生物學功能，一度成為應用于柔性電子器件中的“完美材料”，并被廣泛應用于納米生物醫(yī)用材料、納米生物傳感器和成像技術以及利用掃描探針顯微鏡分析蛋白質(zhì)和DNA的結(jié)構與功能等重要領域。迄今為止，相關研究取得了令人矚目的成就。

在生物材料領域，不得不提到吉林大學電子科學與工程學院副教授王麗麗，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。為信息生物材料在柔性電子、醫(yī)學診療、傳感、光電和仿生等領域上的應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、材料、電子等領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。”時至今日，回想起導師說的這番話，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)學領域的研究，王麗麗回想起來，不禁感嘆道自己求學之路的坎坷和復雜。“我在科研上跨越了多個學科，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的NamJoon Cho教授，給予我的指導和包容，讓我在科研路上少走了很多彎路。”

萬事預則立，不預則廢。科研無坦途，靜心常常是科研準備的第一步。多年科研攻關，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。”

為此，她一直在生物、先進材料器件領域辛勤耕耘探索。科研對于王麗麗來說，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

將生物材料應用于柔性電子設備中的研究，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)無機和有機半導體相結(jié)合，再在生物材料的提取技術上下足功夫，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)學和能源等領域的應用，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)學工程領域具有廣泛的應用前景，發(fā)展生物芯片技術具有重要的社會與經(jīng)濟意義。

為此，在生物醫(yī)學研究方向上，王麗麗將生物材料應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)學領域的監(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、設計、工藝和應用等關鍵環(huán)節(jié)進行梳理，研制出高性能傳感器件。

她指出，碳復合材料生長、轉(zhuǎn)移工藝技術尤其適用于柔性器，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)展重復性高、可靠性好的工藝技術，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。

在柔性氣體傳感器件領域，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求解之路。

但究竟該如何下手呢？王麗麗團隊經(jīng)過反復討論設計，最終計劃通過制備蛇形等微圖形結(jié)構，利用其在大形變情況下的分散應力，將襯底彎曲、拉伸等形變條件對碳復合材料的柔性傳感器的影響達到最小化。在此基礎上，再通過合理選擇高柔性的碳材料，設計復合材料的宏觀結(jié)構和微觀形貌，進一步提升材料的靈敏系數(shù)和測量范圍。最后，基于碳復合材料的柔性、高靈敏度和寬線性響應范圍，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電子科學與工程學院敏感團隊。這支團隊在電子學院院長盧革宇教授的帶領下，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。”說到底，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。”這是團隊的初衷，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。