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12月27日，2023達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)公布，常林、馮毅、龐全全、王鑫、王睿、楊宗銀等15位中國(guó)青年科學(xué)家獲獎(jiǎng)。他們每人將獲得由阿里巴巴公益專(zhuān)項(xiàng)支持、可自由支配的100萬(wàn)元獎(jiǎng)金。

達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)旨在發(fā)掘和幫助更多對(duì)科技進(jìn)步有重要推動(dòng)作用的35歲以下中國(guó)青年科學(xué)家，鼓勵(lì)他們?cè)谥卮罂蒲泄?jiān)中挑大梁，發(fā)揮榜樣作用，帶動(dòng)更多人關(guān)注和投身科學(xué)研究。

同時(shí)，30位青年學(xué)者獲得了2023達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)最具潛力獎(jiǎng)，他們將獲得10萬(wàn)元獎(jiǎng)金。

潮新聞?dòng)浾卟稍L了浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院研究員楊宗銀，看看這位青橙獎(jiǎng)得主又有什么樣的故事。

《西游記》中孫悟空對(duì)著一萬(wàn)三千五百斤的定海神針喊著“變小，變小，變小”，變成可放入耳朵里的如意金箍棒。

在浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院“百人計(jì)劃”研究員楊宗銀的桌子上放著兩臺(tái)光譜儀，一臺(tái)像個(gè)老式電視機(jī)，一臺(tái)只有飲料瓶蓋大小。他做的就像孫悟空的“變小”魔法。

楊宗銀研發(fā)的微型光譜儀尺寸僅幾十微米，不需要孤立的分光和探測(cè)元件，是目前市面上最小光譜儀的千分之一。與動(dòng)輒上萬(wàn)元的光譜儀相比，這款微型光譜儀價(jià)格低至50元以內(nèi)，通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，可內(nèi)嵌到手機(jī)、無(wú)人機(jī)以及可穿戴設(shè)備中。未來(lái)，用手機(jī)掃一掃，檢測(cè)一下蔬菜瓜果的新鮮度，農(nóng)藥殘留，“讀出”牛奶里是否含有三聚氰胺，血糖指數(shù)實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)……這些科幻片里的情景，很可能變成現(xiàn)實(shí)。

早上信心十足去實(shí)驗(yàn)室晚上垂頭喪氣回來(lái)

150次失敗后終于做出那道“彩虹”

“肉眼所見(jiàn)的世界，并非真實(shí)的世界，只是紅綠藍(lán)三色在我們腦海中的投影?！?666年，牛頓發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡的折射后可觀察到更多光譜色，這個(gè)實(shí)驗(yàn)推動(dòng)了光譜儀的誕生。

憑借光譜儀這一工具，人類(lèi)掌握一種新的精確探測(cè)物質(zhì)的能力。光譜儀在科研和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，大部分光譜儀體積龐大，工作原理仍和牛頓當(dāng)年的實(shí)驗(yàn)相似，已無(wú)法滿足日益發(fā)展的光譜應(yīng)用技術(shù)需求。但是減小分光和探測(cè)元件的尺寸將導(dǎo)致光譜儀檢測(cè)質(zhì)量顯著下降，光譜儀微型化是目前科技界面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

300多年后，一名來(lái)自中國(guó)浙江的年輕學(xué)子負(fù)笈劍橋，來(lái)到牛頓曾靈感迸發(fā)的地方。在這里，他突發(fā)奇想，希望研制出一種新型的納米線材料，進(jìn)而突破在微米尺度上實(shí)現(xiàn)大光譜范圍色散的科學(xué)難題，解決傳統(tǒng)光譜儀小尺寸與高性能無(wú)法兼具的挑戰(zhàn)。

這樣一個(gè)比頭發(fā)絲直徑還小千倍的器件，楊宗銀前前后后研究了8年，失敗了150次。最初的研發(fā)要從“一根彩虹” 開(kāi)始。2011年，在浙大讀研期間，楊宗銀和師兄一起在世界上首次報(bào)道了生長(zhǎng)帶隙漸變納米線的方法，這種技術(shù)得出的納米線，在熒光顯微鏡下看起來(lái)就像一道彩虹。當(dāng)時(shí)，他猜想這種材料或許可用于分析光譜，由于當(dāng)時(shí)條件不足，這項(xiàng)研究被迫擱置。

2014年，楊宗銀到劍橋讀博?！爱?dāng)時(shí)去到劍橋的時(shí)候也非常激動(dòng)，看到那棵砸中牛頓的蘋(píng)果樹(shù)后代就種在劍橋三一學(xué)院門(mén)口。當(dāng)時(shí)很震撼，離夢(mèng)想中的科學(xué)家這么近。我們當(dāng)時(shí)發(fā)表的那篇Science論文，劍橋大學(xué)新聞稿標(biāo)題就是超越牛頓光學(xué)實(shí)驗(yàn)的極限，就在牛頓光學(xué)的基礎(chǔ)上做的更小，確實(shí)是有受他這個(gè)啟發(fā)，而且剛好是在劍橋，這個(gè)確實(shí)冥冥中有所關(guān)聯(lián)的?！?/p>

2018年夏天，還在劍橋讀博的楊宗銀，碰到了一個(gè)難題，他在物理層面做到極致的微型光譜儀，還是測(cè)不到需要的結(jié)果。再做不出來(lái)，他的博士畢業(yè)論文都要懸了。面對(duì)未知的結(jié)果和畢業(yè)的壓力，他曾一度陷入迷茫。在妻子的鼓勵(lì)和自己的堅(jiān)持下，他心有不甘地再次嘗試，并開(kāi)始有一點(diǎn)起色。

回顧那段歲月，楊宗銀每天都是劍橋大學(xué)電子工程系實(shí)驗(yàn)樓最晚走的那個(gè)人，“很煎熬也很值得”，這培養(yǎng)了其日后沉下心來(lái)做科研的品格。

“每天晚上大概10點(diǎn)多做完實(shí)驗(yàn)，騎車(chē)穿過(guò)燈紅酒綠的劍橋市中心，看到大家都穿得很漂亮，在酒吧放松。內(nèi)心也會(huì)動(dòng)搖，是否沒(méi)有融入當(dāng)?shù)厣?。但一想到，如果有可能把這個(gè)工作做出來(lái)，就能開(kāi)拓一個(gè)新的領(lǐng)域，就很興奮地騎車(chē)回家，然后第二天又信心滿滿得去實(shí)驗(yàn)室?！?/p>

有一天早上跑步的時(shí)候，一位博士朋友告訴他，會(huì)不會(huì)是算法層面需要優(yōu)化。無(wú)心插柳柳成蔭，他把算法優(yōu)化后，8 月中旬的一個(gè)深夜，他去測(cè)試最后一個(gè)樣品，結(jié)果剛好和商用光譜儀完全對(duì)的上。憶起那個(gè)“勝利之夜”，他曾說(shuō)：“那一刻百感交集，想到這幾年的種種經(jīng)歷，一個(gè)人在實(shí)驗(yàn)室呆坐了好久好久?！?/p>

有了這個(gè)好結(jié)果，他開(kāi)始寫(xiě)論文，寫(xiě)好的那一周，恰逢女兒出生。而在后面，他給論文準(zhǔn)備了三十頁(yè)的回復(fù)，Science 編輯直接接受，論文僅用兩個(gè)月就被收錄和發(fā)表。Science的編輯評(píng)價(jià)這項(xiàng)成果是“世界上最先進(jìn)的材料合成，最高超的實(shí)驗(yàn)技巧，最巧妙的算法”， 讓中國(guó)在光譜儀微型化領(lǐng)域走在了世界前列。

楊宗銀最終研發(fā)出的微型光譜儀尺寸僅幾十微米，不需要孤立的分光和探測(cè)元件，是目前市面上最小光譜儀的千分之一。“由于極小的尺寸，該光譜儀可應(yīng)用于單細(xì)胞高光譜成像、光譜監(jiān)測(cè)和篩選。”楊宗銀略帶激動(dòng)地說(shuō)道。

成本降千倍

微型光譜儀可用于無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)

在楊宗銀的實(shí)驗(yàn)室里，有幾個(gè)微型光譜儀，他把手機(jī)屏幕靠近微型光譜儀，系統(tǒng)顯示了紅綠藍(lán)三種顏色出現(xiàn)峰值，用白熾燈照射，馬上出現(xiàn)了新的光譜曲線。

他目前專(zhuān)注于將光譜儀微型化的成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)是核心應(yīng)用場(chǎng)景之一。由于親友中有糖尿病患者，楊宗銀看到糖尿病人在生活上的諸多不便，“每天都要扎手，這個(gè)真的很難受，中國(guó)的糖尿病人有上億之多，希望光譜儀的技術(shù)能夠推廣下去，真正幫助到他們?！?/p>

除了糖尿病的初診，后續(xù)治療過(guò)程也需要患者頻繁監(jiān)測(cè)血糖。醫(yī)務(wù)人員一般采用靜脈血來(lái)檢驗(yàn)，而在家庭監(jiān)測(cè)中，以指尖釆血血糖儀為主。盡管血糖智能監(jiān)測(cè)技術(shù)比較成熟，相關(guān)的CGM產(chǎn)品品類(lèi)較為豐富，但是需要侵入性操作，而且需要定期更換探頭使用成本高，普及度并不高。因此，便捷且無(wú)創(chuàng)的血糖測(cè)試一直是困擾醫(yī)學(xué)界的世界性難題。

研究發(fā)現(xiàn)，紅外光譜技術(shù)可用于無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)。紅外光譜是一種分子吸收光譜，是用于鑒定有機(jī)物和生物樣品成分的精確分析方法，可對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定性和定量的檢測(cè)。此過(guò)程無(wú)需樣品制備，也無(wú)需血液、試劑或一次性塑料耗材。儀器可直接識(shí)別皮膚中和血糖相關(guān)的光譜，幾秒鐘內(nèi)得出血糖的檢測(cè)結(jié)果。

2019 年論文發(fā)表后至今，楊宗銀對(duì)原有光譜儀做了改進(jìn)，以前它只是單點(diǎn)的光譜儀，只能對(duì)一個(gè)點(diǎn)做光譜測(cè)量，現(xiàn)在已可以集成到手機(jī)商用攝像頭中，并且每個(gè)像素點(diǎn)都是一個(gè)光譜。

以測(cè)試蘋(píng)果為例，以前只能測(cè)出蘋(píng)果局部有些紅或有些綠，但無(wú)法測(cè)試到顏色呈現(xiàn)的具體位置，而現(xiàn)在的光譜儀版本，可精準(zhǔn)獲悉蘋(píng)果呈現(xiàn)顏色的具體位置。

此前光譜儀使用非標(biāo)芯片工藝，現(xiàn)在使用標(biāo)準(zhǔn)芯片工藝，產(chǎn)業(yè)化程度得以提高。制備流程也采用標(biāo)準(zhǔn)流程，成本已降低到十元錢(qián)以內(nèi)。

微型光譜儀技術(shù)有一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)，就是極低的成本及與其他系統(tǒng)的可集成性。要知道，目前市面上最便宜的光譜儀價(jià)格近萬(wàn)元人民幣，而該器件可以低至50元人民幣以內(nèi)，毫無(wú)疑問(wèn)，這將會(huì)極大地促進(jìn)光譜技術(shù)的普及應(yīng)用。

2021年，楊宗銀發(fā)表了其作為第一作者的第二篇《光學(xué)光譜儀的小型化》綜述論文，建立了微型光譜儀的理論和技術(shù)體系，推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。

他曾是拆家能手

把收音機(jī)電視機(jī)拆了造“公雞”鬧鐘

楊宗銀從小并不是一個(gè)安分的孩子，一直喜歡做電子機(jī)械相關(guān)的一些研究。最喜歡的動(dòng)漫是機(jī)器貓，哆啦A夢(mèng)。“我覺(jué)得這個(gè)是我人生的追求，創(chuàng)造更多好玩的發(fā)明?！?/p>

家在溫州蒼南的楊宗銀，從小對(duì)各種科學(xué)問(wèn)題充滿興趣，但當(dāng)時(shí)物質(zhì)條件不太豐裕，沒(méi)有玩具，他就以拆電器制作小發(fā)明為樂(lè)。為此，他也沒(méi)少挨父母批評(píng)。他總是會(huì)把家里收音機(jī)、鬧鐘甚至電視等拆開(kāi)，研究其中的機(jī)理。“其實(shí)很多時(shí)候是因?yàn)闆](méi)有配件店，所以只能拆東墻補(bǔ)西墻?！睘榇耍麤](méi)少挨爸媽的揍。他利用一個(gè)光敏電阻和三極管，制作出隨著光照自動(dòng)響的鬧鐘、光控?zé)舻刃“l(fā)明，天亮就叫，堪稱“公雞”鬧鐘。他造的遙控小船，可以在小河里乘風(fēng)破浪。

有些偏科的他，理綜考了接近滿分考上浙大應(yīng)用生物系，大二時(shí)轉(zhuǎn)專(zhuān)業(yè)到機(jī)械專(zhuān)業(yè)，并通過(guò)參加機(jī)器人競(jìng)賽、機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽等得到了系統(tǒng)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了小時(shí)候的發(fā)明夢(mèng)想。

在浙大保研時(shí)，機(jī)械系名額不足，當(dāng)時(shí)他剛好遇到光電系的童利民教授，發(fā)現(xiàn)楊宗銀很適合做科研，并像 “撿到寶一樣” 給他爭(zhēng)取到光電系的名額。由于機(jī)械系的本科背景，做光電實(shí)驗(yàn)時(shí)，他非常得心應(yīng)手。

市面上沒(méi)有的設(shè)備，他能直接設(shè)計(jì)并制作加工出來(lái)，因此他做實(shí)驗(yàn)非?？欤辛诵孪敕ê芸炀湍茏龀鰜?lái)。回望浙大讀書(shū)期間的兩次 “命運(yùn)的安排”，他總結(jié)稱，小時(shí)候做機(jī)械的想法，并不是對(duì)科學(xué)的全面認(rèn)知，當(dāng)時(shí)對(duì)科學(xué)的理解就是目之所及的電路，但當(dāng)認(rèn)知邊界擴(kuò)展后，他發(fā)現(xiàn)想做出更多前沿科學(xué)成果，就得和光電結(jié)合起來(lái)。因?yàn)檫@陰差陽(yáng)錯(cuò)的經(jīng)歷，也為他造出“世界最小納米光譜儀”發(fā)明打下了基礎(chǔ)。

西湖，是楊宗銀眼中一個(gè)小小的心靈花園。2014 年出國(guó)去劍橋讀書(shū)前一晚，他說(shuō)自己是聽(tīng)著西湖邊的音樂(lè)噴泉離開(kāi)的。讀博結(jié)束后，他自己很想回國(guó)，同時(shí)也收到浙大的回國(guó)邀請(qǐng)。如今，他在浙大玉泉校區(qū)工作，走十幾分鐘就能到西湖。

“你做的研究，要么上貨架，要么進(jìn)教科書(shū)，如果兩點(diǎn)都能做到，人生就真的非常完滿了?！比缃?，楊宗銀在西子湖畔探究著光和電的終極密碼。

潮新聞 記者 張?jiān)粕?/span>

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