——记华中科技大学机械学院博士生导师、楚天学者讲座教授吴志刚

本刊记者  李明丽

2016年7月27日，材料领域顶尖杂志《先进材料》以封面文章的形式发表了1篇华中科技大学机械学院最新研究成果的论文——《一种基于PDMS，拥有柔性、粘性和可拉伸性的表皮电子材料》。楚天学者讲座教授、华中科技大学机械学院博士生导师吴志刚是论文的通讯作者，其课题组的第一位博士生张硕，是论文的并列第一作者。

成果向世人所展现的材料，其神奇魅力来源于一种弹性高聚物PEIE的巧妙混杂，从而大幅度提高了柔性基质的弹性和延展性，还使材料具备了一定的粘性。这为超薄柔性电子系统灵活地贴附在皮肤表面，实现可穿戴、医疗诊断等功能提供了更多的技术支撑。

吴志刚及其所带领的技术团队因此进入更多人的视野。与很多“技术宅”一样，吴志刚骨子里透着一种朴实无华的气质，也有着对前沿科学技术特有的热情和执著的追求。

不断积累，为了一个天真的想法

回顾最初的从业之路，吴志刚坦言存在一定的偶然性。

本科从华中科技大学毕业后，他漂洋过海去往新加坡的南洋理工大学深造，攻读博士学位。当时学校给了他两个方向选择：一个是做微流控芯片；另一个是做记忆合金。斟酌再三，他选择了前者，只因为一个看似“天真”的想法：

“我是机械专业出身，刚接触专业的那个年代，正值电子和通信技术专业异军突起，我亲眼目睹和亲身感受到这些前沿技术引发世界科技变革，改变人类生活。我曾为自己不能涌入浪潮之尖而感到遗憾，于是我想，为什么不在人生转弯的路口选择一个更有发展的方向，从而成为抓住下一个可能改变世界机会的幸运儿呢？”

年轻的吴志刚就是怀抱这样一个“天真”的梦想，踏入了微流控研究的大门，开始了自己漫长的科研征程。他清楚地明白：梦在远方，路在脚下。既然选择了远方，便只顾风雨兼程。

在攻读博士期间，吴志刚主要在在微流控领域具有全球影响力的Nam-Trung Nguyen研究组从事微流控基本理论、仿真建模、器件加工以及测量评价等方面的研究。通过刻苦专研，他积累了一定的科研经验，并且取得了一系列的创新成果，包括搭建当时具有世界先进水平的微粒子测速/可视化平台，并且利用其进行微观尺度下的混合机理研究；首次发现微观尺度下由于极陡的浓度梯度引起的非线性化现象的直接证据，理清其与雷诺数之间的关系；提出并实现了世界上首个利用多相流聚焦的微混合技术等。

因为不能够立马拿到博士学位，所以在接下来的一年等待时间中，他开始从事博士后的研究工作，期间主要进行基于芯片的细胞分选和分离工作。根据自己的研究成果，他首次提出电场控制的流场分离概念，并将生物相容的粘弹性液体用在具有高度敏感性的细胞分离上。

在新加坡的那段日子为他全面了解专业知识，掌握科研流程打下了坚实的基础。为了向更高的科研目标进军，他没有固步自封，选择继续远行。

如果说吴志刚在新加坡的研究是在为今后的研究打下基础，他在瑞典期间的研究工作则是夯实基础后的飞跃。在瑞典期间，他创造性地将微流控技术和电子电路技术相结合，开创了一个全新的研究领域——微流控射频电子学。这一工作得到多位教授包括哈佛大学教授和美国三院院士Whitesides在内的研究组的肯定，多次被学术界和大众媒体作为亮点报道。他还首创了一种利用软惯性力学进行细胞分离的方法，利用该方法成功地高通量高生物活性地分离了人类血细胞和高纯度的细菌，得到哈佛大学同行学者的高度评价。他们认为该方法是“极具创造性的而且对败血症和感染的诊断具有很高的潜在临床应用价值”。在瑞典，他迈出了重要的一步，确立了自己在微流控研究领域的学术地位。

他总结道：到了瑞典之后，我学会了如何寻找自己的兴趣方向，怎么去成立一个研究组，怎么去管理团队。在瑞典的岁月锻炼了我的独立工作能力，这是一个质的提高。

“不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。”这句话用在吴志刚身上再合适不过，从本科的机械专业，到博士阶段在南洋理工大学进行微流控研究，再到瑞典继续进行深造学习，他一步一步，积累夯实自己的科研基础，不断提高自己的个人能力，终于迎来了质的飞跃。通过多年研究，他将微流控动力学、微加工表面化学和电子电路等领域有机融合，形成一套有自己特色的微流控研究体系。在相关国际知名杂志包括微流控领域顶级杂志《实验室芯片》，应用物理顶级杂志《应用物理快报》，材料类顶尖杂志《先进材料》等上发表论文30余篇，其中绝大多数论文都是以主要作者身份发表，总引用率达到1600次，目前SCI H指数已经达到16。数篇论文分别进入当年（月）热点文章，为《自然》《美国科学院院刊》《化学协会评论》《德国应用化学》等诸多杂志引用多次。

心向前沿，以科技改变生活为目标

2014年7月，就在吴志刚在国外的科研工作蒸蒸日上时，他回到曾经的母校——华中科技大学执教。

对回国回校的原因，他的解释依然保持惯有的质朴：“说起来非常简单，就是‘想回来了’。一方面国家正是发展的时候，我想要为国家尽一份力；另一方面，华中大是我的母校，离我的家乡也非常近，父母年龄大了，离他们近一点也方便照顾他们。并且我之前的科研工作环境太安逸了，身为一个做工程的人，我想回来做一点自己的东西，希望有一天能将自己的技术真正变成实用的产品，而不是写在纸上的几个字母。”

怀着这样的初衷，归国后吴志刚很快启动了软性微纳技术制造研究项目。“开始的一年半时间都是在做基础工作，完善团队、培养人才、提高工艺技术水平。现在虽然已经具备了一定的基础，但还是希望可以优化实验室队伍结构，让实验室运转更加顺利——毕竟科研平台是非常重要的。通过一个好的平台才能做出与众不同的东西，孵化出一些能够转化为市场需要的东西。

因为在国外待久了，已经习惯了一套科研体系的工作方式，吴志刚归国后在一个完全不同的体制下，需要慢慢适应，所以他给自己目前的目标就是按部就班地把手边的项目做完做好。

而他目前手边的项目和研究，与文首提到的表皮电子材料研究有着千丝万缕的联系。

最近几年来PC市场一直停滞不前，甚至出现了明显下滑的趋势。许多新的技术和计算机概念被提出，如“Beyond Moore”和“More than Moore”。这其中包含很多新的技术，如以石墨烯和碳纳米管为代表的碳基电子和以碳链为骨架衍生出来的有机电子，还有生物计算技术、量子计算技术等。

作为“More than Moore”技术中的一员，柔性电子又重回人们的视野。其轻量化、机械可卷可弯可折等优良特点使其在很多方面得到了广泛的应用，包括电子皮肤、柔性显示屏等，特别是在对重量和体积有极高要求的航空航天工业上，其应用潜力更加巨大。柔性电子的广泛应用极大地推动了航空航天水平的提高。

浪潮之上，激流勇进。心向前沿，从需求出发，吴志刚带领他的团队开始了对前沿科学技术的追索之路。

“随着便携式设备的迅速普及，以及高度智能化带来的便利，人们与便携设备的关系越来越密切。在这种趋势下，人们普遍认为可与人体直接接触和相互作用的可穿戴式智能设备将成为下一阶段的智能设备的代表，表皮电子应运而生。由于人类肌肤有很大的拉伸性，所以与柔性电子相比，表皮电子更进一步，需要有较大的机械可拉伸性，或者说可延性。将柔软、可拉伸的弹性体引入到电子电路中，制作出来的电子系统可以非常良好地贴合在人体皮肤上，不会由于硬度差异带来任何的不适应，没有任何额外负担。除此以外，可拉伸智能设备还可以贴合到各种复杂表面上，如航空器、飞行器和大型雷达等。”吴志刚如是向记者展现柔性电子材料的美好。

但是，这种电子材料从加工到匹配都是极具挑战性的。传统的硅基电子只有1%左右的可拉伸性，而表皮电子能够与人体皮肤贴合，其可拉伸性能优异，由于可拉伸率的巨大差别，传统的基于硅基的加工方法可能不适用于表皮电子的加工，需要进行大幅度的革新，甚至是推倒重来。

为解决这些问题，吴志刚及其团队经过大量实验和研究，提出了一种极其简单有效的思路：利用转印技术将刻有电路图案的掩膜转印到半固化的PDMS上，之后使用喷印设备将导电液体均匀喷涂到掩膜上，再拿去掩膜，即可在半固化的PDMS上得到需要的柔性电子电路。为了保证柔性电子电路工作时的稳定性，接下来就利用PDMS对其进行封装。PDMS具有一定的可拉伸性能，使得制作的柔性电子设备能够与人体表皮贴合。

这种技术不仅能够实现使用现有的设备进行大规模制造，具有很大的潜力，而且制造出来的电路可靠性很高，性能良好。

更加令人惊喜的是，如文首所讲述的，吴志刚团队通过弹性高聚物PEIE的巧妙混杂，大幅度提高了柔性基质的弹性和延展性，还使材料具备了一定的粘性。通过使用这种新得到的材料，柔性电子设备能够更加灵活地贴合到人体皮肤表面，进一步改进了表皮电子的性能。

寄予希望，向未来踏实前行

吴志刚回国的时间不是很长，其所带领的团队、构建的实验室也在逐步完善，但也收获不少。

对园丁育人这一职责，吴志刚很看重。多年前，他曾在母校呵护下往更广阔的天地飞翔；如今他也想把自己多年积累的经验回馈给自己的母校，让下一代飞得更高。

对自己的团队，吴志刚寄予了很高的期望，他希望自己团队最终培养出来的人才能够和国际上的一流团队同台竞争。吴志刚总是不断告诉自己的团队成员：“你要明白你是来干什么的，而且要有足够的自觉。毕竟青春是你们的，而不是我的。你们如果不刻苦努力，浪费的是你们自己的大好时光，所以一定要趁现在把握住机会，踏踏实实做事，做出一点成果。”

“我会提前说明，我们这个团队是需要你来做科研的，而不是立马准备去赚大钱的，更不是来混文凭的，这里是成就你未来事业、提升你个人能力的地方。我们要求以兴趣为导向，以能力为基础。你有兴趣你再过来，通过兴趣凝聚大家，形成有强大凝聚力的团队。有相同的愿景，在可见的、可预期的情况下通过自己的努力，能够做出一些东西，实现我们的最终目的。”吴志刚这样说道。

与做科研一样，他的育人方式也秉持着惯有的质朴无华。令他感到欣慰的是，他的学生，也潜移默化地遵循这样的品格。梦在远方，路在脚下，唯有踏实前行。