“砰砰,砰砰”在廈門大學翔安校區的嘉庚創新實驗室大樓裡隱藏著一個安靜得能聽到心跳聲的實驗室這是亞洲第一個、世界第四個同時也是“價效比”最高的一個“無噪聲實驗室”
(全稱“廈門大學無噪聲超精密加工和表徵實驗室”)
走進這間實驗室就進入了世界上震動最小的幾個角落之一在這裡,奈米尺度的科學研究基本不再受到一切環境的干擾
而這個實驗室的誕生起源於廈門大學洪文晶教授回廈前的一次提議
在黑暗中摸索前進的道路
2015年,廈大化學化工學院的田中群院士收到了一封洪文晶從瑞士發來的郵件。
郵件中寫到:從支撐國家科技創新的角度考慮,廈門大學部署建設一個“無噪聲實驗室”具有重要意義。田中群院士支援了這位年輕人的大膽想法。同年,洪文晶也從瑞士全職回到母校廈門大學任教。
然而,實驗室的建造過程卻充滿了艱辛。
“當時國內並沒有這樣的實驗室,如此精密的實驗室建設,國外也沒有太多經驗可以參考。”
“我們的設計和建設就像是在黑暗中摸索”,洪文晶說道,“實驗室最早期的時候就是10米多深的大坑,下雨在裡面能積水近一米”。沒有任何這類實驗室建造經驗的這支包括廈門大學化學化工學院、航空航天學院以及建築和土木工程學院十幾位年輕老師的跨學科團隊,結合著數值模擬和不斷探索,把“水泥坑”變成了亞洲第一座“無噪聲實驗室”。
(“無噪聲實驗室”負一層)
“大家一般認為的安靜是聲音的安靜,而對於儀器來說,安靜主要是電磁和振動環境的無噪聲。”洪文晶介紹。在這座實驗室裡,電磁噪聲小於0.2nT,振動小於數百奈米/秒,為極限精度的精密加工、測量與表徵提供了良好的生長土壤。
洪文晶說:“就像人們很難在一艘顛簸的船上給米粒刻字,但在一個完全穩定的地方就能把這個工作做得很漂亮。”如今,“無噪聲超精密加工與表徵實驗室”成為了嘉庚創新實驗室裡的“殺手鐧”,被用於探索新一代能源器件、碳基電子學、原子製造等交叉學科前沿。
除了提出建立“無噪聲實驗室”,洪文晶回到廈門大學之後,還和化學化工學院的老師們一起,參與建設了廈門大學馬來西亞分校的第一個海外化工學科,從零開始規劃所有的英文課程,並推動其通過了國際工程教育認證;他還參與了廈門大學第一個專業研究院 “廈門大學古雷石化研究院”的建設,希望透過中試基地的建設,讓研究中所產生的創新成果,能夠有機會更快地從實驗室走向市場……
“如果只有我一個人,我是不敢去做這些事情的。有了我們化學化工學院‘敢為先’的文化傳承,以及師長們和同事們的支援,我們才有了勇氣來做一些大膽的嘗試。”
參與開墾一塊特殊的“試驗田”
“無噪聲超精密加工與表徵實驗室”的背後,還有一塊特殊的“試驗田”——嘉庚創新實驗室(全稱:福建省能源材料科學與技術創新實驗室)。
2019年,這塊由廈門市政府與廈門大學共同建設,以服務社會為主要職責,以攻克“卡脖子”技術、落地產業化成果為己任的“試驗田”正式在廈門大學翔安校區落地。
作為“嘉庚創新實驗室”的建設者之一和首個入駐實驗室的團隊,洪文晶和他的團隊同樣致力於開展對國家和社會有直接意義的應用型研究。
去年新冠肺炎疫情剛發生時,洪文晶牽頭建立的產業技術研究院廈門大學勝澤泰多肽製藥工程與智慧裝置研發中心,就積極響應學校號召,緊急啟動了抗新型冠狀病毒藥物研製專案。
目前最新實驗結果顯示,該藥物在對抗新冠病毒,尤其是抗德爾塔毒株方面,具有很高的體外活性,接下來將進入臨床試驗階段。2020年,該成果也入選中國科協的“科創中國”先導技術榜單,是福建省此年度唯一入選的專案。
為了減輕科研工作者的負擔,洪文晶團隊還嘗試將人工智慧應用到科研工作中,大大降低了重複性勞動成本。原本繁瑣的諸多合成實驗步驟,如今只需要點一點滑鼠,就能輕鬆獲取資料。
如今,團隊主要致力於精密科學儀器和高精度感測器的研發,現有的儀器已經達到皮米-飛安水平控制精度,智慧化水平甚至可以讓前來進行“英才計劃”培養的高中生開展單分子電導測量這種極限精度的試驗,為此,他還“得意”地在化學教育學的頂級期刊《Journal of Chemical Education》上發表了一篇教學論文。
靈敏度高、操作簡單的儀器不僅有助於科學研究,還推動了產學研的深度融合。
今年,團隊透過知識成果轉化與廈門大學資產運營公司、嘉庚創新實驗室共同成立了“派瑞(π-Lab)未來”高新成果轉化公司,將實驗室研發的科學儀器賣到世界各地。
“這些科學儀器研發和推廣證明了至少在我們所從事的單分子電學表徵這個方向上,我們國家和廈門大學的科研工作者在國際上是站得住腳的。”洪文晶說道。
(“嘉庚創新實驗室”科技成果展廳)
談到自己引以為傲的“嘉庚創新實驗室”,洪文晶表示,要在科研中踐行 “止於至善” 的廈大校訓,力求把基礎研究和產業化研發都做到極致。
合作像是吃飯睡覺一樣的本能
在洪文晶的辦公室裡,掛著一副特別的世界地圖,地圖上的照片代表著該團隊遍佈全球的合作者們。
洪文晶笑著說:“對我們來說,合作已經像吃飯睡覺一樣成為了本能。”
在國際合作方面,洪文晶秉持著“和全世界最牛的人合作,來做最好的科研”的理念,和全球不同研究領域的頂尖學者展開合作,不僅增進了國際學術交流,還構築了中國科學家的話語權和影響力。
洪文晶認為,“就像一個樂隊中,每個人都有擅長的地方,該唱歌的唱歌,該彈吉他的彈吉他。”跨學科合作為科研帶來了更多趣味,也拓寬了科研工作者的視野,能讓科學回歸其本質,變得更加純粹簡單。
“1+1>2”的科研合作實現了科學的“大道至簡”。洪文晶和化院謝素原老師合作,透過結合電子學和化學的交叉學科研究,嘗試攜手研究富勒烯的電子學應用。
他們使用團隊研發的精密單分子電學表徵儀器,製備了基於單個富勒烯的電子器件,這也是一個僅由碳原子構成的電子器件。該研究成果釋出在《自然·通訊》上後被科學導報評為當年的“中國十大技術進展”之一。在過去的兩年裡,洪文晶還和諾貝爾化學獎得主、美國西北大學的Fraser Stoddart教授合作,發表了多篇合作的研究論文。
洪文晶坦言,能做出這樣的科研成果,跨學科的交叉融合是重要的前提,而正是廈大這所綜合性大學,為他們提供了跨學科合作的平臺。“在翔安校區的‘嘉庚創新實驗室’方圓一公里之內,就能找到十幾個不同學科的科研人員”。
洪文晶團隊成員的學科背景十分多樣,共涉及11個一級學科,甚至包括數學、機械、人工智慧等,開展了物理、化學、生物、醫學、電子學等交叉學科領域的研究。
對於學生而言,團隊就像一個培養基,他們在其中不斷汲取養分,並在這裡成長為跨學科複合型人才。實驗室成立五年多來,人才培養碩果累累,已先後有5位博士後和博士生獲得正式教職,3位博士後獲得博新計劃支援,近10位畢業生獲得英國牛津大學、美國西北大學等博士後和全獎博士生的深造機會。
“π實驗室”裡的“W教授”
洪文晶的團隊有一個與眾不同的名字“π-Lab”,相比於“洪文晶課題組”,他和學生們都更喜歡這個象徵著探索、極致、平等的名稱。而洪文晶也喜歡學生親切地稱呼自己為“W教授”(Wenjing Hong)。
課題組介紹
π-Labπ:無盡的探索;PI(precise instruments):精密儀器;π-Lab:平等交流,富有激情,敢於創新廈門大學資訊材料與工業智慧實驗室(π-Lab.XMU),是由廈門大學化學化工學院副院長、嘉庚創新實驗室主任助理洪文晶教授,師佳副教授、劉俊揚副教授與薩本棟微納研究院楊揚副教授共同帶領的六十餘名博碩士研究生和工程研發隊伍組成的跨院系跨學科研究團隊,以精密科學儀器研發為特色,開展單分子電子學和物理化學研究,並拓展人工智慧在精密製造、智慧農業、生命健康等領域的應用。
(“π-Lab”名片介紹圖)
洪文晶非常注重培養學生的獨立思考能力和動手能力。他的每位學生基本都要學習如何搭建儀器,如各種測量分子性質的儀器,甚至機械手和機械小車等。
而在“π-Lab”裡,並不只有科研工作,中秋博餅、自主設計文化衫……科研以外的活動同樣精彩。實驗室的許多管理規則,都由學生自己設定;在“π-Lab”的QQ群裡,學生甚至可以匿名“吐槽”洪文晶,他希望透過這種方式獲得學生最真實的反饋。
(學生自主設計的文化衫)
人才培養和科學研究的融合,取得了不錯的效果。比如團隊裡的“學霸情侶”——蔣楓和鄭海寧,在碩士期間分別作為第一作者,在國際一流期刊《德國應用化學》和《自然·通訊》上發表了兩篇關於“量子干涉”的研究論文,並雙雙拿到了多個國外名校的offer。
“經過兩年多的碩士研究生培養,我認為他們已經充分具備很多博士生應有的素質了。”洪文晶開心地說。
“我希望我們的很多同學,因為到了我們這個實驗室,可以找到並且追尋自己的夢想。”每次迎來新生,洪文晶都會拿出可樂和薯片,在辦公室坐下來跟新生們聊聊他們對未來的規劃。
無論是出國留學、就業還是繼續做科研,洪文晶都希望能盡力幫助學生實現夢想。他經常對團隊裡培養出來的更年輕的老師說:“你對學生好,為學生著想,他也才會更願意去努力做好科研,來為實驗室多做一些貢獻。”
洪文晶也十分重視科學知識的普及工作。“社會公眾是科研工作者的衣食父母,我們有責任去告訴公眾我們在做什麼。”
B站上知名科普up主的影片,他基本上都看過,希望透過學習別人的傳播方式,做出讓普通人能夠理解的科普。目前他正在嘗試以樂高的形式展現“無噪聲實驗室”的構造原理。
洪文晶希望能把更多的年輕人帶到實驗室裡,讓他們看看最先進的實驗室是如何工作的,在他們心裡種下科研的種子。
“就算他們長大了不做科研也沒關係”,洪文晶說,“說不定到事業有成的時候,他們會因為這顆種子用自己的方式來支援科學研究和創新,這也是一件很好的事情”。