李寶軍教授:在納米世界尋找奇跡
李寶軍簡介:中山大學教授,博士生導師,物理科學與工程技術(shù)學院院長,高能物理聯(lián)合學院院長(兼),全國優(yōu)秀科技工作者,教育部創(chuàng)新團隊帶頭人,長江學者特聘教授,國家杰出青年基金獲得者,國家百千萬人才工程入選者,廣東省光學學會理事長,中國光學學會光電技術(shù)專業(yè)委員會常委、纖維光學與集成光學專業(yè)委員會常委。
在中山大學濃密的綠蔭中,一棟安靜的科研樓里,我們與該校物理科學與工程技術(shù)學院院長,高能物理聯(lián)合學院院長----李寶軍教授面對面。這位在專業(yè)界知名的科學家,是十分平和的人。
千萬里,他追尋著
從西北的甘肅到南方的廣州,他走過了一條特別漫長的求學和深造之路,學習和工作過的國內(nèi)外院所就有9所,包括了英國牛津大學、美國麻省理工學院、新加坡國立大學等。他經(jīng)歷豐富,研究目標始終集中在微納光子器件與光操控。
來中山大學之前,他在新加坡材料與工程研究院當研究員。他聽說中大將重點發(fā)展這些學科時,從未來過這里的他毅然應聘而來。從此,開始了專業(yè)研究的新歷程。
年復一年地呆在實驗室,伴隨他的是平靜與充實。李寶軍十分享受這種狀態(tài)。他說:“搞科研,必須耐得住寂寞。我從小學習不是靠聰明,而是勤奮和踏實。我喜歡在節(jié)假日、周末,靜靜地在實驗室做研究。來中山大學工作13年來,我沒有一個春節(jié)回甘肅老家,因為春節(jié)的假期是一年中最安寧的,沒有公務及其它社會工作,電話也幾乎沒有了,乘機可以做好多事。”
李寶軍的研究對象特別小,往往在微米尺度和納米尺度,要借助顯微鏡的觀察來做實驗,而其研究成果非常大,主持完成國家自然科學基金重大研究計劃項目、國家杰出青年科學基金項目、教育部長江學者獎勵計劃項目、廣東省科技計劃重大專項等重要科研項目。
他在國際學術(shù)刊物發(fā)表 SCI 論文150多篇,主編出版英文學術(shù)專著2部(分別由美國 Nova 出版社和英國劍橋 Woodhead 出版社出版發(fā)行),獲授權(quán)美國發(fā)明專利、中國發(fā)明專利以及實用新型專利多項。研究成果數(shù)次作為國際著名學術(shù)雜志的亮點論文、封面或內(nèi)封面等論文發(fā)表,還得到英國物理學會《納米技術(shù)》期刊的跟蹤和報道。
他的研究屬于基礎研究,但講起來相當有趣。他告訴我們,2012年的一個發(fā)現(xiàn)是用研制出的錐形光纖探針,將波長為980納米的光通入錐形光纖探針,針尖端出射的光照射到懸浮在液體中的微納顆粒上,對微納顆粒的靈活、精準、無損傷光操控,實現(xiàn)了對各種結(jié)構(gòu)圖案和陣列的構(gòu)筑。這種光可以將微納顆粒先捕獲,然后移動到任何指定的位置。他們利用這種方法不僅對細菌和真菌等細胞進行了排列,還對人體白血病細胞等極為復雜的細胞進行了排列,并且還用活體細胞制成生物納米光波導。這種用細胞組成的納米光波導不但具有很好的生物相容性,而且可作為生物樣品直接植入生物組織內(nèi)部進行醫(yī)學診斷而不需再拿出來,同時又可作為納米光子器件研究生物細胞間的相互作用、信息傳遞、以及對周圍環(huán)境變化的感知等。
該研究結(jié)果在生物醫(yī)學領域有著舉足輕重的價值和意義,有望用于生物組織病變、體內(nèi)活體細胞變異等的早期診斷研究。比如,在不接觸生物表面的情況下,操控其毛細血管的紅白細胞。在實驗鼠的身上,用這種方法可以制造出血栓,反過來也可以打通血栓,而整個過程不需要接觸和損傷表皮。
他說:“老年人某些神經(jīng)衰變,功能退化。我們的研究成果,也許有利于將來可以來激活某些死亡的神經(jīng)。如同冬天的草枯黃了,但有了溫暖的陽光和充足的雨水,又會長出新芽。”
他們?nèi)〉玫目蒲谐晒?,不僅獲得廣東省科技成果一等獎,還令一些企業(yè)和生物科技界研究人員頗為感興趣。有的老板甚至提出,愿意出幾千萬元的經(jīng)費,支持用于成果轉(zhuǎn)化研究。
可李教授有毫不動搖的想法,如果一有一點進展就轉(zhuǎn)到應用研究上,那基礎研究就無法持續(xù)和深入。而自己更適合專注地從事基礎研究,這也是為了將來應用研究有更深厚的底子。之前,美國硅谷等的科技公司也曾經(jīng)去找他,商榷一起做開發(fā)研究,都被他一一回絕。
科研需要奇思妙想
李教授的成就來自于執(zhí)著和刻苦。我們在這里看到,實驗室主要的設備是各種顯微鏡而已。李教授說:“我們的實驗設備并不需要太復雜和昂貴。我認為,科研最需要奇思妙想-----創(chuàng)新的思想和方法,科研就是把不可能變成可能。”
在實驗室的走廊上,李教授指著一組組介紹圖片,給我們通俗地解釋著這些科學成果:“光是以直線傳播的。我們利用納米線導光,可以令其任意轉(zhuǎn)彎。”
他對這些肉眼看不到的現(xiàn)象,充滿了興致:“這是最細的納米級光纖實驗,肉眼看不到,都是在顯微鏡下進行的。我們在摻入量子點和熒光染料后,如同拉棉花糖一樣去拉,可以制作出各種形狀,包括復雜的“鳥巢”。這種鳥巢的大小大約相當于一根頭發(fā)絲的直徑。這種納米光纖還可以實現(xiàn)光信號的轉(zhuǎn)換,短波長轉(zhuǎn)化成長波光。這個成果的應用前景是令集成芯片體積更小,功能更多?!?/p>
這些現(xiàn)象及成果要多久可以延伸到應用,沒有確切的時間。然而,一個道理卻是鐵定的:任何應用技術(shù)不可能不經(jīng)過基礎研究的過程。
“這個就是用光纖探針操控的大腸桿菌,能將十幾二十個細菌串起來,甚至還可以令其繞著探針旋轉(zhuǎn),而細胞不受傷害。我們發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象,歸納有關(guān)的原理和規(guī)律,發(fā)掘原始創(chuàng)新,至于將來怎么用,那是其他科研人員的事。就像研究LED的原理的是一些科學家,而應用在照明顯示等方面又是另外的科技人員?!?/p>
納米線及其器件是國際上一個非常重要的研究領域,Nature雜志將其列為物理學五大前沿研究熱點之一。
李寶軍他們在研究中,善于去尋找別人想不到的角度。他們發(fā)現(xiàn)的一種新的光子學材料——聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT),竟然是來自于做服裝、絲襪等紡織品的一種原料。其經(jīng)過加熱軟化,就能拉制出肉眼看不見的透明細絲。這些細絲具有優(yōu)良的透光特性,可制作柔性納米波導并組裝光子器件,解決器件微型化的問題。該成果在國際科研刊物發(fā)表,并且申請了中國發(fā)明專利。這開創(chuàng)了從新材料發(fā)現(xiàn)、到柔性波導制作技術(shù)、器件組裝方法、再到納米傳感和柔性顯示應用的新研究思路。他們發(fā)現(xiàn)的這種新材料,被美國、英國、澳大利亞等多國專家在多個國際知名期刊上肯定,稱其是“一種吸引人的納米光子學材料”、“一種前途無量的導光材料”。Nature China也將其選為突出成果,專題報道稱:“為研制新的超小型光子器件提供了新途徑”。
嚴謹是教研和參政的守則
近兩年,他身兼中大物理科學與工程技術(shù)學院院長,以及高能物理聯(lián)合學院院長,管理工作大幅增加,但仍然不離開教學工作一線。為本科生和研究生開設基礎和學科前沿課程,他用中英文雙語授課,講授深入淺出、生動有趣,得到師生的廣泛好評,榮獲中山大學“芙蘭”教師勵教獎。其所帶的博士、碩士,分別已經(jīng)有10多人和40多人畢業(yè)。其中有的入選中組部青年千人計劃,有的成為教授,有的獲全國優(yōu)秀博士學位論文提名。今年他獲選國家“百千萬人才工程”、“全國優(yōu)秀科技工作者”。
在他辦公室,我們看到他和學生在權(quán)威雜志發(fā)表的一本本學術(shù)論文,論文署名多是兩三個人而已。他告訴我們:“我對于學術(shù)論文署名,是嚴謹嚴格的,真正有貢獻的才可以署名。根據(jù)我們這個領域科研的國際規(guī)范,我雖然署名在最后一位,可作為導師對論文的每一個說法都要負責。我修改一篇論文從英文單詞都要嚴摳,最多的是改上幾十次。這也為學生在學術(shù)態(tài)度方面帶個頭?!?/p>
除了科研和教學工作繁忙,他的社會事務也在增加。他如今還擔任民進中大支部主委,并在2013年獲選為省政協(xié)委員。
他也以同樣的嚴謹態(tài)度,把參政議政列入自己學習和實踐的范疇。2015年省政協(xié)大會期間,他提交了關(guān)于《大力加強我省基礎科學研究、提升原始創(chuàng)新能力》的提案。他指出,2014年12月17日,國際著名的《自然》(Nature)雜志推出了有關(guān)中國科技進展的“2014自然指數(shù)中國”。當中排出的全球前200名科研機構(gòu)中,我國(包括臺灣和香港)有20所大學入圍。其中,中山大學排其中的第12名,世界排名第138位。另外,《自然》排出的中國創(chuàng)新方面城市的排名,廣州排在第9位。李寶軍指出,廣州在人均GDP方面是中國最高的城市之一,但對全球科學發(fā)展的貢獻卻是很低的。這與廣州這座城市極不相符。因此,他建議,廣東及廣州應當大力加強基礎科學研究、提升原始創(chuàng)新能力,增強國際競爭力和影響力。