本刊記者　肖貞林

堅持與激情鑄就高分子界面/生物界面檢測技術(shù)——記東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院研究員盧曉林

本刊記者肖貞林

先進(jìn)檢測技術(shù)是現(xiàn)代生物學(xué)與材料學(xué)取得巨大進(jìn)步的核心推動力，是人們在對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的認(rèn)識需求日益加深的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。探測并了解界面的結(jié)構(gòu)和性能對于生物醫(yī)用高分子材料應(yīng)用于診斷、治療以及替換或修復(fù)損傷組織和器官有不可替代的作用。

東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院研究員盧曉林在這方面有很深的認(rèn)識，他利用非線性分子振動光譜專注于高分子和生物界面的結(jié)構(gòu)研究，這些研究為理解界面上重要的物理化學(xué)現(xiàn)象、推廣先進(jìn)的界面檢測方法以及開發(fā)新型功能性生物材料和高分子材料等提供了堅實的基礎(chǔ)。

兒時夢想造就科研之路

生于上世紀(jì)70年代的盧曉林，從小就對科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，夢想著成為一名科學(xué)家。1993年，盧曉林考入成都科技大學(xué)（現(xiàn)四川大學(xué)）塑料工程系進(jìn)行學(xué)習(xí)，后又進(jìn)入浙江大學(xué)化工系進(jìn)行高分子加工工藝的學(xué)習(xí)和研究，之后在香港科技大學(xué)化工系攻讀博士學(xué)位的這段時間是他從一個科學(xué)的初入門者成長為一個有獨立科研精神研究者的重要轉(zhuǎn)折時期。

盧曉林研究小組（從左至右為李旭、王明聰、李柏霖、盧曉林、馬永豪、胡鵬程和鄧國哲），拍攝于2016年6月。

盧曉林認(rèn)為，“科研最重要的是要有獨立思考的精神和快速的執(zhí)行能力，這兩者缺一不可，在香港期間的這段經(jīng)歷可謂是夯實了我的科研基礎(chǔ)?！彼褪沁@樣沿著高分子化學(xué)與物理的道路一步步前進(jìn)著，也取得了不俗的成績。更重要的是，他找到了值得終身追求的對象，也在高分子化學(xué)與物理的世界感受到了無窮的科研樂趣。

盧曉林的主要研究方向為非線性光譜研究軟物質(zhì)的表界面和生物材料，他與本科時原有的塑料工程專業(yè)方向進(jìn)行契合，重點研究高分子和生物材料的表界面，在介觀尺度、微觀尺度和分子水平上對高分子材料的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系開展深入的研究。他還針對高分子薄膜這一在理論和應(yīng)用上都具有重要意義的一維受限體系，利用非線性分子振動光譜研究高分子薄膜的表面、界面和本體的分子結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)松弛，以理解表界面效應(yīng)對高分子薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，為在實踐中應(yīng)用高分子薄膜材料提供基礎(chǔ)的知識和研究經(jīng)驗。

盧曉林表示：“科學(xué)研究的核心是理解并應(yīng)用物質(zhì)體系，以滿足好奇心并造福社會?！彼e極拓展非線性光譜的研究領(lǐng)域，將非線性光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于研究細(xì)胞、細(xì)菌和介觀、微觀尺度上的微納米材料；此外，他還對界面的超快動力學(xué)行為感興趣，目前正在利用時間分辨光譜研究表面和界面的超快動力學(xué)過程。由于轉(zhuǎn)向生物醫(yī)學(xué)工程方向，盧曉林也在學(xué)習(xí)生物學(xué)方面的知識，同時結(jié)合原來專業(yè)背景，進(jìn)行分子設(shè)計、利用自由基反應(yīng)和非化學(xué)鍵相互作用研制生物材料。

盧曉林用兒時微小的夢想，經(jīng)過長期不懈的堅持，終于積微成著，取得眾多同行的認(rèn)可，也在成為這一領(lǐng)域最杰出科學(xué)家的道路上前行著。

在非線性光譜世界里徜徉

二階非線性振動光譜技術(shù)是隨著激光技術(shù)的發(fā)展而建立的，最早可以追溯到上世紀(jì)60年代Franken和Bloembergen的二次諧波的工作，以及隨后沈元壤將可調(diào)諧紅外激光引入界面探測的工作。簡單來說，就是用兩束光打在一個界面上產(chǎn)生新的一束光，探測新的這一束光即可以了解界面的結(jié)構(gòu)信息。盧曉林以二階非線性光學(xué)技術(shù)-和頻振動光譜開展了高分子表界面的探測工作，并注重開拓新的研究領(lǐng)域?！翱茖W(xué)家們越來越認(rèn)識到和頻振動光譜的重要性，總的來說，它是一種利用光與物質(zhì)的作用研究表界面分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)。由于和頻振動光譜是一項二階非線性光學(xué)技術(shù)，測得的宏觀物理量—二階非線性極化率是一個極化張量，如果體系中分子無規(guī)排列，則二階非線性極化率為零，就不會產(chǎn)生和頻信號。此外由于缺少反演對稱性是表界面分子所特有的性質(zhì)，采用這種技術(shù)可直接探測物質(zhì)表界面處的分子結(jié)構(gòu)。和頻振動光譜具有表界面選擇性和分子取向敏感性這兩個優(yōu)點，可以進(jìn)行實時原位測量，非常適合于研究高分子/生物體系的表界面分子結(jié)構(gòu)，給我們的工作帶來巨大的便利。”

探測隱藏的或者說包埋的界面一直是一個重要的科學(xué)問題，盧曉林目前的一個研究重點為探測高分子的隱藏界面。“基于高分子的應(yīng)用十分廣泛，從具有空間三維尺度的結(jié)構(gòu)材料到具有表界面二維性的功能性涂料，從高科技的電子封裝材料到人們?nèi)粘Ｊ褂玫淖o(hù)膚品，都可以看到高分子在其中的應(yīng)用，但我們對于高分子的界面結(jié)構(gòu)和性能仍然知之甚少。這實際阻礙了我們開發(fā)具有新型優(yōu)良使用性能的高分子材料。”盧曉林說道，“我們實驗室今后的工作重心就是以和頻振動光譜作為研究利器，探索高分子和生物界面上新奇的物理化學(xué)現(xiàn)象，并與開發(fā)新型高分子和生物材料結(jié)合，走出我們自己的科研道路。”

培養(yǎng)學(xué)生和科研探索一個都不能少

盧曉林對培養(yǎng)與教育學(xué)生也很有自己的想法?！耙驗槊總€學(xué)生的個性、天資、基礎(chǔ)都不一樣，不可能對每個人要求都一樣。”盧曉林對記者說道，“我們除要鍛煉學(xué)生自己的抽提、歸納、推理等思維能力和表達(dá)能力等，同時還要給他們一定的空間自由思考，不至于讓他們的學(xué)習(xí)與工作變成機(jī)械流水賬式的研究。但最終老師也只是起到引導(dǎo)作用，學(xué)生們一定要能獨立地面對自己的科研工作和今后的人生?！?/p>

培養(yǎng)學(xué)生的同時，盧曉林的科研腳步也并未停下。如前所述，隨著薄膜材料在微電子、能源和生物等領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，在介觀尺度、微觀尺度和分子水平上對高分子材料的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系進(jìn)行有效的研究變得越來越關(guān)鍵。特別是隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米器件中普遍會用到高分子材料，像納米光刻技術(shù)中會用到聚二甲基硅氧烷薄膜，有機(jī)薄膜晶體管中會用到介質(zhì)層聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，這些薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接關(guān)系著納米器件的長效使用性。盧曉林結(jié)合非線性和頻振動光譜和線性紅外光譜的優(yōu)勢，利用非線性光譜可探測高分子薄膜表界面分子結(jié)構(gòu)、線性光譜可探測高分子薄膜本體分子結(jié)構(gòu)的特點，對高分子薄膜的結(jié)構(gòu)開展細(xì)致而深入的研究，為在實踐中應(yīng)用高分子薄膜和調(diào)控高分子薄膜的特殊性質(zhì)提供基礎(chǔ)的知識和理論，同時還將發(fā)展光譜技術(shù)，建立合適的光譜分析方法?！爱?dāng)材料某一維度（或某些維度）縮短至納米尺度時，表界面和受限效應(yīng)就會變得愈發(fā)重要，直接影響到材料的長效使用性能，因此相關(guān)研究對薄膜材料的分子設(shè)計、加工方法和直接使用都是至關(guān)重要的。與此同時，該研究對理解和解釋高分子物理化學(xué)中重要的實驗現(xiàn)象也有重要意義，特別是涉及到高分子薄膜長效穩(wěn)定性的老化和去潤濕過程。”

經(jīng)過多年的研究與沉淀，盧曉林也深深體會到了科研之路的艱辛，但也更使他學(xué)會享受過程，知足常樂。他還說，“科研是我前進(jìn)最大的動力，開會時和學(xué)生聊天就是我最大的興趣?！毕嘈旁谖磥淼娜兆樱R曉林定會把科研學(xué)術(shù)當(dāng)做手中的利劍，用堅持與激情在長空萬里劃出最美麗的弧線。