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實驗室中的鮑哲南

  鮑哲南手中拿著一款透明的薄膜材料，乍看就像是購物頻道中熱銷的戳不破的保鮮膜。這是一種誕生于美國斯坦福大學化學工程實驗室，導電性、拉伸性俱佳的高分子材料。鮑哲南用專業(yè)科學術(shù)語將它稱為“柔性電極”。在未來，作為人造皮膚的材料，一方面，它具備高柔韌度的拉伸性，同時，和人類的皮膚一樣，它能夠自我修復，還可以進行生物降解。更重要的是，這種材料是“有知覺”的，它有觸覺，不僅能感覺刺痛，也能感知周邊的溫度。

  鮑哲南1970年出生，曾就讀于南京大學化工學院。大三時隨父母移民美國，進入伊利諾伊大學芝加哥分校學習，后被芝加哥大學破格錄取為研究生。1995年鮑哲南獲芝加哥大學博士學位后進入貝爾實驗室，成為聚合物和有機材料部門的首席研究員，2001年她被貝爾實驗室聘為杰出研究員，這是該實驗室聘任研究人員的最高級別。2004年，在貝爾實驗室工作的鮑哲南放棄了巨薪的誘惑和更優(yōu)渥的待遇，一頭扎進了斯坦福大學化學工程系，帶著一群學生編織起了一個關(guān)于“人造皮膚”的夢想。在最新一期美國《科學進展》雜志上，由鮑哲南領(lǐng)導的研究團隊發(fā)表了相關(guān)的研究成果報告。

  科幻電影中才會出現(xiàn)的人造皮膚，或許很快就會成為現(xiàn)實。作為主要發(fā)明者，鮑哲南從幕后走到前臺。繼2015年被權(quán)威科研期刊《自然》雜志評為年度十大科學人物之后，今年3月，鮑哲南獲得第19屆歐萊雅-聯(lián)合國教科文組織“世界杰出女科學家成就獎”。站在一群杰出女科學家中間，鮑哲南顯得纖細嬌小，但她的發(fā)明卻被業(yè)界公認為很可能顛覆現(xiàn)有的電子工業(yè)發(fā)展的格局。

第19屆歐萊雅-聯(lián)合國教科文組織“世界杰出女科學家成就獎”授予五位杰出女科學家

  接受專訪時，鮑哲南透露：“我們下一步的計劃，要去驗證這種材料是否能夠植入生物肌體，是否會對肌體造成損害和傷害�！痹谝阅行詾橹鲗У捻敿饪茖W領(lǐng)域，鮑哲南猶如她發(fā)明的柔性電極，釋放著巨大的柔韌力量。

從解決實際問題入手

  按照鮑哲南的說法，研發(fā)柔性電極并將其用于人造皮膚研發(fā)，有三個坎要過�！拔覀儸F(xiàn)在的電子器件都是用硬性材料做的，在測量中樞神經(jīng)電流、心臟電流時，植入大腦或心臟的電極可能損壞神經(jīng)或心臟組織。跟神經(jīng)接觸的電極必須像皮膚一樣柔軟，但這種材料之前不存在。所以，我們做的一件事情就是把這種柔性材料做出來。”根據(jù)《科學進展》的報告，鮑哲南團隊曾經(jīng)選中了一種具有生物相容性，又有很強導電性的塑料。鮑哲南解釋說：“之所以選擇這種材料，是為保證電極與人體接觸時的安全性�！钡@種塑料比較脆弱，很容易碎裂，完全不適合作為可穿戴電子器件的載體。

  為了增強這種塑料的韌性和承載能力，鮑哲南和她的團隊嘗試用一種類似肥皂表面活性劑的分子作為添加劑對材料進行了改良，徹底改變了塑料分子之間的作用力�！坝煞肿有纬傻男☆w粒狀形貌在添加劑的作用下變成了漁網(wǎng)狀形貌。漁網(wǎng)狀形貌具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而使原本脆弱的高分子材料變得有韌性，而且極易拉伸�！苯�(jīng)過測試，改良后的新材料拉伸到原長度的兩倍，仍能保持良好的導電率。

  第二個坎就是讓材料擁有人類的觸覺和感知力�！盀榱私鉀Q觸覺問題，我們特別設計了像金字塔一樣的形狀的傳感器，這種傳感器比人類的頭發(fā)細100倍。附在柔性的材料上，它們?nèi)跃哂泻軓姷拿舾卸��！痹诮鉀Q感知力的問題上，鮑哲南團隊找尋到了一些電子電路材料，一旦溫度或者環(huán)境因素發(fā)生變化，這些電信號就會發(fā)生改變。

  “最后一個挑戰(zhàn)是，讓傳感器和電信號的信息及時通過神經(jīng)中樞傳輸?shù)酱竽X，而大腦也必須理解這些電信號是什么含義�！卑凑挣U哲南的解釋，這就決定了電信號必須以一定的傳輸方式和一定的形狀和大腦“接觸”�！八晕覀儽仨氃O計電子電路，讓它們最終變成大腦可以可以理解的信號�！比嵝噪姌O已經(jīng)進入了動物大腦感知驗證階段。

  盡管柔性電極材料可供人類使用的電子皮膚還需時日，但它已經(jīng)開始發(fā)揮現(xiàn)實應用價值。鮑哲南舉例說，柔性電極中的觸覺傳感器可以被用來測試脈搏的跳動，將其變成血壓的信息。而其溫度傳感器，則可以擔當鋰電池充電時的高溫保護裝置，一旦出現(xiàn)過熱、超熱，溫度傳感器會自動檢測并及時切斷電源，這種材料的自我修復功能甚至可以讓電動汽車的鋰電池更加穩(wěn)定。

  柔性電極是鮑哲南多年來在化學工程領(lǐng)域耕耘的結(jié)果。跟隨華裔高分子化學家于魯平，鮑哲南接觸到了學科交叉領(lǐng)域最前沿的研究�！斑@種感受就像一扇新奇無比的科學之門在你面前徐徐打開�！贝藭r，鮑哲南對化學已經(jīng)有了另一層領(lǐng)悟�！爱敻钊氲刈哌M科學的世界，你會發(fā)現(xiàn)，去理解這些公式、理解這些數(shù)據(jù)是非常必要的。當我意識到了這一點后，數(shù)據(jù)和公式在我眼中不再顯得那么枯燥和抽象，因為，它們是解決具體的問題的方式之一�！�

“暴走英雄”的夢想

  鮑哲南的科研之路走得順風順水。博士畢業(yè)之后直接進入貝爾實驗室，和物理學家、電子工程學家一起工作�？鐚W科的科學家們不斷擦出火花�！拔覀儺敃r根本沒有料想到她能夠獲得那么大的成就，“在接受媒體采訪時，鮑哲南的母親說，女兒總是出乎他們的意料�！币泼竦矫绹�，身邊的朋友就問我，“你們?yōu)槭裁唇o孩子這么大的壓力，逼著她一直往前走?其實，我們哪有給她什么壓力，那些壓力都是她自己帶給自己的。”“在化學工程領(lǐng)域，鮑哲南是一塊金字招牌，很多科研基金和經(jīng)費都是沖著她的研究而來的�！滨U哲南的合作伙伴對她的能力給予了極高的評價。幾家科技企業(yè)旗下的科研基金已經(jīng)為鮑哲南的研發(fā)項目投入了數(shù)百萬美元。

  鮑哲南也有過挫折。她在熱門的超導體﹑分子電子學和分子晶體科研領(lǐng)域與德國科學家舍恩等人合作過。2002年，舍恩在《自然》、《科學》等權(quán)威雜志發(fā)表論文，宣布他們制造出了世界上最小的納米晶體管，這一成果一度被認為具備了沖刺諾貝爾獎的實力。然而，論文的可信度引發(fā)了科研領(lǐng)域的諸多非議，針對鮑哲南的猜測和謠言隨之而來。不久之后，審查委員會指派專家小組對舍恩的研究項目開展了全面調(diào)查，最終，審查委員會在結(jié)論報告中對事情有了定性：“舍恩確系造假，而其他20多名參與研究的科學家與舍恩造假案無關(guān)。包括鮑哲南在內(nèi)的其他研究人員并不知情，并沒有任何責任和過失，均被證實了清白�！�

  “我從來不認為自己是天才或者天賦異稟的那種人，我能做到的就是堅持不懈和保持樂觀。”鮑哲南坦言，科研很多時候需要科學思維加“笨辦法”。在這一點上，曾在南京大學物理學系擔任教授的父親對她影響非常大。“小時候，父親在散步的時候突然會問我，冰在落到水上會浮起來還是沉下去，我想當然地回答，因為是固體它會沉下去。父親就鼓勵我做個小實驗去驗證自己的想法，結(jié)果，我看到冰分明浮在水上，這才搞清楚，原來冰的密度比水小。”

  曾經(jīng)的懵懂少女已經(jīng)成為擁有改變世界和人類未來生活的女科學家。鮑哲南想要改變的不只是未來，還有當下。鮑哲南每天堅持行走一個小時上下班，這在以車代步的美國很少見，她因此被評為斯坦福大學的“暴走英雄”，頭像被印在宣傳海報上�！皝砘刈咭粋�小時，既鍛煉身體，又可以聽聽新聞、打打電話，我非常喜歡這種生活方式，所以鼓勵身邊的人也這么做�！�