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王丽丽:为生物材料助力
——记吉林大学电子科学与工程学院副教授王丽丽

作者:本刊记者 陈 浩  来源:科学中国人  发布时间:2018-3-6

导读:  在王丽丽眼里,生活就是科研舞台,而生活中的一点一滴,正是她无时无刻都在寻求的科研突破口。她以生物材料为手中的利剑,勇敢迎接科研路上一个又一个的难关。

 

  生物与先进材料器件的研究范围广,因其结构上的多重优势以及其他材料无法匹配的生物学功能,一度成为应用于柔性电子器件中的“完美材料”,并被广泛应用于纳米生物医用材料、纳米生物传感器和成像技术以及利用扫描探针显微镜分析蛋白质和DNA的结构与功能等重要领域。迄今为止,相关研究取得了令人瞩目的成就。
  在生物材料领域,不得不提到吉林大学电子科学与工程学院副教授王丽丽,她正是研究这一“完美材料”的科研人员之一。她长期以功能信息、生物材料研究为主线,探索调控功能信息生物材料与柔性器件相互作用的新规律、新机理和新技术。为信息生物材料在柔性电子、医学诊疗、传感、光电和仿生等领域上的应用所做出的巨大努力的背后,是她数年如一日锲而不舍的坚持。
  
科研是一段愉快的旅程
  
  “在实验室里,你可以尽情发挥自己的优势,化学、材料、电子等领域都可以与生物材料相结合,要找出适合自己的研究道路。”时至今日,回想起导师说的这番话,王丽丽都会感慨万分,在她看来,这不仅仅为她找到了正确的科研方向,更令她无论何时何地,只要一想到自己的科研未来,都会斗志满满。
  从硕士期间的化学专业研究,到博士期间从事先进功能材料电子器件的研究,再到在新加坡做博士后期间转战到生物医学领域的研究,王丽丽回想起来,不禁感叹道自己求学之路的坎坷和复杂。“我在科研上跨越了多个学科,也有过不少迷茫期,但我的老师张彤教授、卢革宇教授、孙洪波教授以及新加坡南洋理工大学的NamJoon Cho教授,给予我的指导和包容,让我在科研路上少走了很多弯路。”
  万事预则立,不预则废。科研无坦途,静心常常是科研准备的第一步。多年科研攻关,王丽丽直言各种各样的困难都经历了,但无论是面对实验结果的不如意,还是科研想法的难以实施,她都会及时调整心态,越挫越勇。抱着对科研单纯的喜欢,她在这条常人难以坚持的道路上不断前行,用她的话来说:“实验成功的喜悦是任何语言都无法形容的。”
  为此,她一直在生物、先进材料器件领域辛勤耕耘探索。科研对于王丽丽来说,不是苦不堪言,也不是一筹莫展,相反是一段愉快的旅程。在这段路上取得的多项成果,使她入选了第三届中国科协“青年人才托举”工程,为她接下来的工作给予了更多的支持。对此,王丽丽表示,将会化这种鼓励为动力,不忘初心,继续为仿生技术在多功能传感器上的研究添砖加瓦。
  
探索柔性之美
  
  将生物材料应用于柔性电子设备中的研究,也是王丽丽的研究重点。虽然研究早已在多方面取得突破,但仍面临着难以想象的阻碍与困难,其中最令王丽丽头疼的是与传统半导体或有机聚合物相比,基于生物材料的器件在性能上还有许多不足。如果能够将其与传统无机和有机半导体相结合,再在生物材料的提取技术上下足功夫,使材料实现实用化的愿望就将不再是奢望了。
  另一方面,生物、先进材料器件在生物医学和能源等领域的应用,也是王丽丽研究的重中之重,她表示,由于纳米材料的优异性使其在生物医学工程领域具有广泛的应用前景,发展生物芯片技术具有重要的社会与经济意义。
  为此,在生物医学研究方向上,王丽丽将生物材料应用在柔性电子器件上,主要针对癌症分子的检测,人体脉搏、肌肉运动、语音、温度的识别等生理信号以及实时监控人体健康状况等方面进行探索。她与团队将仿生电子皮肤应用于对脉搏、语音等人体生理信号的实时快速检测,他们通过对人体说话时喉部肌肉群运动产生的微弱压力变化及脉搏波形变化分析,初步实现了语音识别和人体不同生理状态的准确检测。
  此外,在对医学领域的监控上,王丽丽利用生物材料天然的组分特征制备出柔性气体传感器。经过实验验证,对多种疾病的变化发展起到了意想不到的良好效果。譬如针对糖尿病病人,该技术就可以通过监控糖尿病病人呼气气体中丙酮的浓度,来初步判断病人的血糖变化。
  除此之外,在探测大气中的有毒有害气体以及室内的VOC气体上,王丽丽实现了多种VOC气体实时监测的智能口罩系统的研制。日日夜夜的付出,获得了诸多回报,她以第一作者和通讯作者身份在Chem.Soc.Rev.Adv. Funct. Mater.Nano Energy等重要期刊共发表SCI论文38篇,含一区文章30篇,并被多个期刊选为封面论文。
  2017年,她针对柔性器件,将研究重心向高灵敏度、高度可拉伸、高集成度、多指标检测、人机接口等方向发展。她与团队在项目“新型可穿戴气体传感器研究”中,计划基于以石墨烯为代表的超薄多功能电子器件,围绕其原理、机制、设计、工艺和应用等关键环节进行梳理,研制出高性能传感器件。
  她指出,碳复合材料生长、转移工艺技术尤其适用于柔性器,但由于碳材料,也就是通常说的石墨烯,其厚度只有一个原子层,想要实现将其无损害、无皱褶的大面积转移到柔软的衬底材料,就需要发展重复性高、可靠性好的工艺技术,同时伴随的还有适合柔性器件制备的光刻、打印、刻蚀等图形化技术。
  在柔性气体传感器件领域,柔性器件的可延展性及如何突破现有传感器极限,实现高灵敏度器件,一直都是柔性气体传感器件领域的难解之谜。但既然做,就要勇于挑战,如今,为了使这个难解之谜变得不再是谜,王丽丽毅然踏上这条艰辛的科学求解之路。
  但究竟该如何下手呢?王丽丽团队经过反复讨论设计,最终计划通过制备蛇形等微图形结构,利用其在大形变情况下的分散应力,将衬底弯曲、拉伸等形变条件对碳复合材料的柔性传感器的影响达到最小化。在此基础上,再通过合理选择高柔性的碳材料,设计复合材料的宏观结构和微观形貌,进一步提升材料的灵敏系数和测量范围。最后,基于碳复合材料的柔性、高灵敏度和宽线性响应范围,研制出柔性气体传感器。
  科研思路已尘埃落定,结果也会在不久的将来公之于众。一路走来,支撑王丽丽坚持不懈的是她所在的吉林大学电子科学与工程学院敏感团队。这支团队在电子学院院长卢革宇教授的带领下,在敏感材料与器件的研究上愈走愈远。王丽丽这样评价这支团队:“整个团队就像一个大家庭一样,大家团结一心,共同进退。”说到底,团队之所以能够走得又快又远,必定离不开每位团员超强的责任感,以及脚踏实地的科研态度。
  “用简单的方法创造出更大的价值。”这是团队的初衷,更是王丽丽的坚持所在。未来,她仍会集中于将生物信息材料应用在各种传感器上的研究,争取尽快实现柔性电子产品产业化的目标。
  在王丽丽眼里,生活就是科研舞台,而生活中的一点一滴,正是她无时无刻都在寻求的科研突破口。未来,她仍会以生物材料为手中的利剑,勇敢迎接科研路上一个又一个的难关。
  

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