【尋訪身邊的榜樣】“堅持做有用的科研”——記國家優秀青年學者、生物科學與醫學工程學院劉宏教授

發布時間:2019-12-18瀏覽次數:2578

創新型人才如何培養?如何成為一名好的科研工作者?高校科研如何育人?我校生物科學與醫學工程學院80后教授劉宏有著自己獨特的理解和認識。他認為要“做有用的科研”。當被問及“何為有用”時,劉宏說道:就是要面向國家戰略需求,加強科學問題導向,能夠為社會創造價值,讓每個人從“健康中國”建設中獲益。

十多年來,劉宏秉持“做有用的科研”的理念,以“健康中國”戰略需求為導向,著眼于POCT(現場快速檢驗)領域“卡脖子”問題,帶領團隊開展基礎研究解決問題,讓“小技術”真正有“大用”;他將一篇篇科研論文轉化成一個個實際應用的樣機,讓科研走出實驗室,成為“有用”的科研成果;在學生培養上,他孜孜不倦,精心指導學生“做有用的科研”,為學生點亮一盞盞“科研之燈”。在學生心目中,劉宏是一位真正的良師益友。

“折紙芯片”:一石激起千層浪

2006年從南京大學畢業的劉宏,留在南大繼續攻讀碩士學位,師從鞠熀先教授。有一年過年,劉宏將一篇學術論文初稿寫好發送給了導師,沒想到的是大年初二這天,他接到了導師電話,約在實驗室見面改論文。劉宏來到實驗室后,發現鞠熀先老師早已坐在辦公室審閱論文,敬意油然而生,“他一個字一個字地帶著我改,這樣認真嚴謹的精神對我影響很大,以至于后來出國,老師們說我的論文寫得比美國學生還要好”。

在鞠熀先老師的指導下,劉宏的碩士學習圓滿結束,“他是我的科研啟蒙,他讓我對分析化學和醫療領域感興趣,我想繼續深造”。于是2009年碩士畢業后,劉宏獲全額獎學金資助奔赴美國得克薩斯大學奧斯汀分校攻讀博士學位。

初到美國,語言不通、不善言辭的劉宏便遇到了困難。當他找到學校化學系主任RichardCrooks教授表達意愿后,得到了委婉的拒絕:課題組所有位置都坐滿了學生,沒有多余的空位給你。彼時,劉宏又錯過了大洋彼岸女兒的出生,雙重打擊讓他懷疑自己的選擇是否是正確的。可是憑著一股不服輸的韌勁,劉宏再次找到RichardCrooks教授,表達了自己的強烈愿望。劉宏的熱情和鍥而不舍的精神終于打動了Crooks教授,最終他為劉宏安排了一張角落里的臨時實驗桌。

可是做什么呢?劉宏用兩年時間給出了自己的答案———做真實有用的科研。當時,Crooks教授課題組主攻微流控芯片,即通過微加工的方法將多種復雜的功能單元集成在很小的芯片上,在醫學診斷方面有著廣闊的應用前景。然而當時的微流控芯片制作技術成本很高,以至于根本無法“走出”實驗室。如果解決了成本問題,微流控將真正變得“有用”,劉宏深切地感受到這是一個值得用心去研究的方向。

找準了方向,劉宏便埋頭查閱資料,頭腦風暴,腦海中不停有新想法閃現。突然有一天,他從辦公桌上抬起頭來,帶著一個新想法,直接走進實驗室開始實驗。很快,實驗便有了初步結果,劉宏將其匯報給Crooks教授,并堅定地說:“只要有一臺打印機,芯片就能嘩嘩地被打印出來。”教授聽完后異常興奮,大力支持他繼續往下做。紙芯片的實驗效果很快得到了驗證,劉宏又聯想到了中國的折紙,折紙藝術和西方科技又會碰撞出怎樣的火花呢?

2011年10月,劉宏以第一作者身份在JACS(美國化學會志)發表了一篇科研論文,提出了“折紙芯片”概念,發明出了3-D紙微流控芯片,不僅簡單巧妙地解決了微流控芯片的成本問題,還通過“折紙”實現了諸多復雜的功能,一石激起千層浪。從此,基于折紙分析芯片的分析診斷產品被生產制造,廣泛應用于科研和臨床應用領域,成了真正的“便宜又好用”的科研成果。截至目前,全球有超過200家科研機構正在從事紙微流控芯片的相關研究。而作為微流控領域一個里程碑式的發明,劉宏發明的折紙分析芯片被美國NIH的歷史博物館永久收藏,被美國化學會周刊C&EnNews多次報道。  

攻堅克難:讓科研走出實驗室

2013年,劉宏結束博士后工作回國,任職于東南大學生物科學與醫學工程學院,實現了從理科到工科的跨越,“其實我一直是一個有著工科思維的理科生,從理科跨到工科,能夠把我的一些新想法變成真正有用的東西”。他瞄準了生物醫學工程這一交叉學科,以及“用工程技術解決醫學問題”的醫工結合平臺,讓科研真正走出實驗室、走上臨床、走進人們生活中去。

可是,“很多在國外想不到或者不存在的問題也接踵而至”。作為教學上的“新人”,沒有學生報考他的課題組;只有河海院的一間小房子,儀器設備全部都需要自己添置;報銷業務等事務都需要他盡快熟悉并上手;研究方向待定、平臺有待打開都讓他很是“迷茫”。即便這樣,劉宏也是不急不躁地走了過來。

這些艱辛,課題組許成韜同學也深有體會:“那時候,劉老師給那間小房子加了隔斷,一邊作為辦公室,一邊作為實驗室,他就在那小房子里辦公加教學生做實驗。房子里有一臺大型激光雕刻機,一做實驗就會散發出刺鼻的味道,整個樓層都待不了,更別說那間小房子了。所以現在想想,我們課題組在劉老師的帶領下慢慢壯大,走到今天真的很不容易”。

2015年,“健康中國”上升為國家戰略,POCT產業得到快速發展。用于臨床前或床旁便捷檢查的POCT產品,能讓人們快速獲取檢測結果,方便醫生和病人,減少病人確診的時間。然而一直以來,POCT領域都存在“卡脖子”問題,主要集中在材料和器件兩方面。劉宏迎難而上,以臨床醫生和患者實際需求為導向,針對POCT所需材料和核心器件,開展深入的基礎研究和產業成果轉化工作。

了解到一種廣泛應用的硝酸纖維素膜層析試紙材料大多依賴進口,國內缺乏相應的材料制備的核心技術和工藝,一度處于“被壟斷”狀態。劉宏便申請了國家重大儀器項目,指導團隊研發出一種具有可控有序微納結構的硝酸纖維素膜,并成功應用于高效免疫層析及核酸定量檢測,填補了國內有序結構類紙材料的空白。

針對中國患者中1/3的人處于糖尿病早期,且50%得不到及時診斷這一國情,劉宏指導課題組學生研發出了一種“無創測血糖”的可穿戴傳感器,不需要繁瑣的抽血化驗,通過檢測汗液、唾液里面的葡萄糖含量,可間接得出血糖含量,無創、普適且準確性高。如今,該可穿戴傳感器還與便攜的移動終端連接,人們通過移動設備便能掌握自己的血糖信息,這些信息也可作為醫生診療的指標,為智慧醫療和移動醫療“添磚加瓦”。

目前,中國糖尿病POCT有幾百億的市場,在推進醫工結合成果的臨床應用時,劉宏自信滿滿地介紹:“未來有一天可能因為我們的發明,讓中國人擺脫了糖尿病,或者說糖尿病患者人數顯著減少。我覺著這就很了不起。”

除此之外,他研發的24小時胎動監測傳感器第三代樣機,已經在醫院進行臨床試用,取得了很好的效果;有序結構試紙材料及血流量監測傳感器等醫工結合的科研成果,得到了世界五百強企業及多家醫療器械上市公司的密切關注,目前正在合作研發多款產品。  

鍥而不舍:為學生點亮“科研之燈”

劉宏性格溫和,平易近人,在學生心目中,是“完全沒有代溝、像朋友一樣”。對于課題組而言,劉宏一家三口更是家人一樣的存在,劉宏的女兒還是大家的“小師妹”。劉宏花在學生身上的時間和精力很多,甚至讓他的女兒有些小“嫉妒”:“我爸爸每天都要去辦公室,不管怎么樣,都要去辦公室”。早八晚十、周六周日還在學校忙工作是劉宏的常態,科研、教學、工作任務都挺多,他從來不會“請假”。有一回,孩子媽媽跟課題組的同學說:“小師妹學校有活動需要爸爸參加,能否借你們劉老師一天”,這才為劉宏“請了一天假”陪陪女兒。

劉宏恪守“傳道、授業、解惑”這一古訓,把培養學生成才視為自己的使命。他經常對同學們說,“方向比成果更重要”“全世界如果只有5個人在做你的方向,那你肯定就是全世界前五名,但是如果有100個人,那你很難進入前五,所以不要去做最熱門的東西,靜下心來找到自己的方向研究幾年,這樣它就是你的”。劉宏常鼓勵同學們要有自己的想法。他說:“做一些能真正解決實際問題的東西出來,不單純是發文章,而是能夠真正解決醫療方面一些問題的”。

在教學中,劉宏注重將最新的科研成果轉化為教學資源。在研究生非學位課中,有一節是劉宏主講的———全英文PPT、黑板板書、知識點很清晰透徹,學生們看在眼里,記在心里。“沒上到過第二門被如此認真對待的非學位課”。目前,劉宏已經將團隊的可視化紙芯片成果轉化成本科生的一項課程教學內容,豐富了教學內容,有效促進學生實踐能力和創新能力的培養。

在劉宏的影響下,今年4月,博士生馬標、許成韜先后在AdvancedFunctionalMaterials(AFM)雜志上發表科研文章,首次利用磁場使液態金屬圖案化,簡單巧妙地實現了液態金屬邁向功能性器件的關鍵一步,引來材料領域學者們的廣泛關注。這些無不驗證了劉宏對學生們說過的話———“科研有意義,工作做得好了,發論文是自然而然的事情”。

除了科研上的言傳身教,劉宏更是將他對生活的熱愛展示給學生們。他會在露天陽臺上養花、種植瓜果蔬菜,結出小番茄、黃瓜、青菜、辣椒等等都給了學生們“加餐”;他喜歡親近自然,他口中的“遛遛孩子”便是偶爾得空帶女兒出去放風,和學生們一同出游;學生們偶爾還會看到戴著頭盔的劉宏,騎著山地車從身邊路過,一個人去“爬”紫金山;他還多才多藝,彈得一手好吉他,還教會了女兒唱歌……一路走來的劉宏,從科研“新秀”成為中組部“科技創新領軍人才”、榮獲東南大學“五四”青年獎章;從一個教學“新手”成長為“江蘇省十佳雙創導師”“東南大學青年特聘教授”……劉宏經常對同學們說:成功永遠和你的付出成正比,和你的專注度成正比,任何的成功都是一天24小時時時刻刻琢磨出來的。他說到了,也做到了。(湯海林)


【人物簡介】 

劉宏,男,1983年生。國家青年特聘專家,現為東南大學生物科學與醫學工程學院教授、博士生導師,東南大學生物電子學國家重點實驗室副主任,東南大學青年首席教授,先后入選國家、省部級人才計劃。擔任中國電子學會生物醫學電子學分會副秘書長、中國電子學會理事會標準化工作委員會委員。在JACS、Anal.Chem.、ACSNano等期刊上以第一或通訊作者發表論文30余篇。申請專利20多項,授權10項。


【院系薦語】

2013年,年輕的劉宏博士載著累累碩果與報國之志“瀟灑”歸來,他勵精圖治,積極作為。溫文爾雅做教育,嚴謹務實做科研,是劉宏教授給人留下的印象。課堂上,他循循善誘,一絲不茍,讓學生如沐春風;實驗室里,他以身作則,帶領著實驗室邁上一個又一個臺階。從科研新秀到領學一方,劉宏教授始終堅守初心,在“健康中國”建設中,書寫屬于自己的宏偉藍圖。生物科學與工程學院黨委書記洪宗訓


  


  









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