李明麗

2016年7月27日，材料領(lǐng)域頂尖雜志《先進(jìn)材料》以封面文章的形式發(fā)表了1篇華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)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(xué)者講座教授、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院博士生導(dǎo)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(lái)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(zhì)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(shí)現(xiàn)可穿戴、醫(yī)療診斷等功能提供了更多的技術(shù)支撐。

吳志剛及其所帶領(lǐng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)因此進(jìn)入更多人的視野。與很多“技術(shù)宅”一樣，吳志剛骨子里透著一種樸實(shí)無(wú)華的氣質(zhì)，也有著對(duì)前沿科學(xué)技術(shù)特有的熱情和執(zhí)著的追求。

不斷積累，為了一個(gè)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(xué)畢業(yè)后，他漂洋過(guò)海去往新加坡的南洋理工大學(xué)深造，攻讀博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)學(xué)校給了他兩個(gè)方向選擇：一個(gè)是做微流控芯片；另一個(gè)是做記憶合金。斟酌再三，他選擇了前者，只因?yàn)橐粋€(gè)看似“天真”的想法：

“我是機(jī)械專業(yè)出身，剛接觸專業(yè)的那個(gè)年代，正值電子和通信技術(shù)專業(yè)異軍突起，我親眼目睹和親身感受到這些前沿技術(shù)引發(fā)世界科技變革，改變?nèi)祟惿睢Ｎ以鵀樽约翰荒苡咳肜顺敝舛械竭z憾，于是我想，為什么不在人生轉(zhuǎn)彎的路口選擇一個(gè)更有發(fā)展的方向，從而成為抓住下一個(gè)可能改變世界機(jī)會(huì)的幸運(yùn)兒呢？”

年輕的吳志剛就是懷抱這樣一個(gè)“天真”的夢(mèng)想，踏入了微流控研究的大門，開(kāi)始了自己漫長(zhǎng)的科研征程。他清楚地明白：夢(mèng)在遠(yuǎn)方，路在腳下。既然選擇了遠(yuǎn)方，便只顧風(fēng)雨兼程。

在攻讀博士期間，吳志剛主要在在微流控領(lǐng)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(cè)量評(píng)價(jià)等方面的研究。通過(guò)刻苦專研，他積累了一定的科研經(jīng)驗(yàn)，并且取得了一系列的創(chuàng)新成果，包括搭建當(dāng)時(shí)具有世界先進(jìn)水平的微粒子測(cè)速/可視化平臺(tái)，并且利用其進(jìn)行微觀尺度下的混合機(jī)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(jù)，理清其與雷諾數(shù)之間的關(guān)系；提出并實(shí)現(xiàn)了世界上首個(gè)利用多相流聚焦的微混合技術(shù)等。

因?yàn)椴荒軌蛄ⅠR拿到博士學(xué)位，所以在接下來(lái)的一年等待時(shí)間中，他開(kāi)始從事博士后的研究工作，期間主要進(jìn)行基于芯片的細(xì)胞分選和分離工作。根據(jù)自己的研究成果，他首次提出電場(chǎng)控制的流場(chǎng)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(xì)胞分離上。

在新加坡的那段日子為他全面了解專業(yè)知識(shí)，掌握科研流程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了向更高的科研目標(biāo)進(jìn)軍，他沒(méi)有固步自封，選擇繼續(xù)遠(yuǎn)行。

如果說(shuō)吳志剛在新加坡的研究是在為今后的研究打下基礎(chǔ)，他在瑞典期間的研究工作則是夯實(shí)基礎(chǔ)后的飛躍。在瑞典期間，他創(chuàng)造性地將微流控技術(shù)和電子電路技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域——微流控射頻電子學(xué)。這一工作得到多位教授包括哈佛大學(xué)教授和美國(guó)三院院士Whitesides在內(nèi)的研究組的肯定，多次被學(xué)術(shù)界和大眾媒體作為亮點(diǎn)報(bào)道。他還首創(chuàng)了一種利用軟慣性力學(xué)進(jìn)行細(xì)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(xì)胞和高純度的細(xì)菌，得到哈佛大學(xué)同行學(xué)者的高度評(píng)價(jià)。他們認(rèn)為該方法是“極具創(chuàng)造性的而且對(duì)敗血癥和感染的診斷具有很高的潛在臨床應(yīng)用價(jià)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(lǐng)域的學(xué)術(shù)地位。

他總結(jié)道：到了瑞典之后，我學(xué)會(huì)了如何尋找自己的興趣方向，怎么去成立一個(gè)研究組，怎么去管理團(tuán)隊(duì)。在瑞典的歲月鍛煉了我的獨(dú)立工作能力，這是一個(gè)質(zhì)的提高。

“不積跬步無(wú)以至千里，不積小流無(wú)以成江海?！边@句話用在吳志剛身上再合適不過(guò)，從本科的機(jī)械專業(yè)，到博士階段在南洋理工大學(xué)進(jìn)行微流控研究，再到瑞典繼續(xù)進(jìn)行深造學(xué)習(xí)，他一步一步，積累夯實(shí)自己的科研基礎(chǔ)，不斷提高自己的個(gè)人能力，終于迎來(lái)了質(zhì)的飛躍。通過(guò)多年研究，他將微流控動(dòng)力學(xué)、微加工表面化學(xué)和電子電路等領(lǐng)域有機(jī)融合，形成一套有自己特色的微流控研究體系。在相關(guān)國(guó)際知名雜志包括微流控領(lǐng)域頂級(jí)雜志《實(shí)驗(yàn)室芯片》，應(yīng)用物理頂級(jí)雜志《應(yīng)用物理快報(bào)》，材料類頂尖雜志《先進(jìn)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(dá)到1600次，目前SCI H指數(shù)已經(jīng)達(dá)到16。數(shù)篇論文分別進(jìn)入當(dāng)年（月）熱點(diǎn)文章，為《自然》《美國(guó)科學(xué)院院刊》《化學(xué)協(xié)會(huì)評(píng)論》《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》等諸多雜志引用多次。

心向前沿，以科技改變生活為目標(biāo)

2014年7月，就在吳志剛在國(guó)外的科研工作蒸蒸日上時(shí)，他卻出人意料地作為中組部國(guó)家“青年千人計(jì)劃”的成員歸國(guó)，回到曾經(jīng)的母?！A中科技大學(xué)執(zhí)教。

對(duì)回國(guó)回校的原因，他的解釋依然保持慣有的質(zhì)樸：“說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，就是‘想回來(lái)了。一方面國(guó)家正是發(fā)展的時(shí)候，我想要為國(guó)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(diǎn)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(gè)做工程的人，我想回來(lái)做一點(diǎn)自己的東西，希望有一天能將自己的技術(shù)真正變成實(shí)用的產(chǎn)品，而不是寫在紙上的幾個(gè)字母?！?/p>

懷著這樣的初衷，歸國(guó)后吳志剛很快啟動(dòng)了軟性微納技術(shù)制造研究項(xiàng)目?！伴_(kāi)始的一年半時(shí)間都是在做基礎(chǔ)工作，完善團(tuán)隊(duì)、培養(yǎng)人才、提高工藝技術(shù)水平?，F(xiàn)在雖然已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)，但還是希望可以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，讓實(shí)驗(yàn)室運(yùn)轉(zhuǎn)更加順利——畢竟科研平臺(tái)是非常重要的。通過(guò)一個(gè)好的平臺(tái)才能做出與眾不同的東西，孵化出一些能夠轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)需要的東西。

因?yàn)樵趪?guó)外待久了，已經(jīng)習(xí)慣了一套科研體系的工作方式，吳志剛歸國(guó)后在一個(gè)完全不同的體制下，需要慢慢適應(yīng)，所以他給自己目前的目標(biāo)就是按部就班地把手邊的項(xiàng)目做完做好。

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

最近幾年來(lái)PC市場(chǎng)一直停滯不前，甚至出現(xiàn)了明顯下滑的趨勢(shì)。許多新的技術(shù)和計(jì)算機(jī)概念被提出，如“BeyondMoore”和“More than Moore”。這其中包含很多新的技術(shù)，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(lái)的有機(jī)電子，還有生物計(jì)算技術(shù)、量子計(jì)算技術(shù)等。

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

浪潮之上，激流勇進(jìn)。心向前沿，從需求出發(fā)，吳志剛帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了對(duì)前沿科學(xué)技術(shù)的追索之路。

“隨著便攜式設(shè)備的迅速普及，以及高度智能化帶來(lái)的便利，人們與便攜設(shè)備的關(guān)系越來(lái)越密切。在這種趨勢(shì)下，人們普遍認(rèn)為可與人體直接接觸和相互作用的可穿戴式智能設(shè)備將成為下一階段的智能設(shè)備的代表，表皮電子應(yīng)運(yùn)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(jìn)一步，需要有較大的機(jī)械可拉伸性，或者說(shuō)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(lái)的電子系統(tǒng)可以非常良好地貼合在人體皮膚上，不會(huì)由于硬度差異帶來(lái)任何的不適應(yīng)，沒(méi)有任何額外負(fù)擔(dān)。除此以外，可拉伸智能設(shè)備還可以貼合到各種復(fù)雜表面上，如航空器、飛行器和大型雷達(dá)等?！眳侵緞?cè)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(jìn)行大幅度的革新，甚至是推倒重來(lái)。

為解決這些問(wèn)題，吳志剛及其團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和研究，提出了一種極其簡(jiǎn)單有效的思路：利用轉(zhuǎn)印技術(shù)將刻有電路圖案的掩膜轉(zhuǎn)印到半固化的PDMS上，之后使用噴印設(shè)備將導(dǎo)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(shí)的穩(wěn)定性，接下來(lái)就利用PDMS對(duì)其進(jìn)行封裝。PDMS具有一定的可拉伸性能，使得制作的柔性電子設(shè)備能夠與人體表皮貼合。

這種技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)使用現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模制造，具有很大的潛力，而且制造出來(lái)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(tuán)隊(duì)通過(guò)彈性高聚物PEIE的巧妙混雜，大幅度提高了柔性基質(zhì)的彈性和延展性，還使材料具備了一定的粘性。通過(guò)使用這種新得到的材料，柔性電子設(shè)備能夠更加靈活地貼合到人體皮膚表面，進(jìn)一步改進(jìn)了表皮電子的性能。

寄予希望，向未來(lái)踏實(shí)前行

吳志剛回國(guó)的時(shí)間不是很長(zhǎng)，其所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)、構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室也在逐步完善，但也收獲不少。

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

對(duì)自己的團(tuán)隊(duì)，吳志剛寄予了很高的期望，他希望自己團(tuán)隊(duì)最終培養(yǎng)出來(lái)的人才能夠和國(guó)際上的一流團(tuán)隊(duì)同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。吳志剛總是不斷告訴自己的團(tuán)隊(duì)成員：“你要明白你是來(lái)干什么的，而且要有足夠的自覺(jué)。畢竟青春是你們的，而不是我的。你們?nèi)绻豢炭嗯?，浪費(fèi)的是你們自己的大好時(shí)光，所以一定要趁現(xiàn)在把握住機(jī)會(huì)，踏踏實(shí)實(shí)做事，做出一點(diǎn)成果?！?/p>

“我會(huì)提前說(shuō)明，我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)是需要你來(lái)做科研的，而不是立馬準(zhǔn)備去賺大錢的，更不是來(lái)混文憑的，這里是成就你未來(lái)事業(yè)、提升你個(gè)人能力的地方。我們要求以興趣為導(dǎo)向，以能力為基礎(chǔ)。你有興趣你再過(guò)來(lái)，通過(guò)興趣凝聚大家，形成有強(qiáng)大凝聚力的團(tuán)隊(duì)。有相同的愿景，在可見(jiàn)的、可預(yù)期的情況下通過(guò)自己的努力，能夠做出一些東西，實(shí)現(xiàn)我們的最終目的?！眳侵緞傔@樣說(shuō)道。

與做科研一樣，他的育人方式也秉持著慣有的質(zhì)樸無(wú)華。令他感到欣慰的是，他的學(xué)生，也潛移默化地遵循這樣的品格。夢(mèng)在遠(yuǎn)方，路在腳下，唯有踏實(shí)前行。