29歲回清華任教，諾獎(jiǎng)得主的“中國(guó)弟子”開創(chuàng)量子點(diǎn)光譜技術(shù)新應(yīng)用
2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、美國(guó)麻省理工學(xué)院教授Moungi G. Bawendi
隨著今年諾獎(jiǎng)的三大自然科學(xué)獎(jiǎng)全部揭曉，更多與“中國(guó)淵源”的故事正不斷釋出。
10月4日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位量子點(diǎn)領(lǐng)域科學(xué)家：美國(guó)麻省理工學(xué)院化學(xué)教授蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi），美國(guó)哥倫比亞大學(xué)化學(xué)系教授路易斯·布魯斯 (Louis E. Brus)，以及俄羅斯裔物理學(xué)家阿列克謝·�；�(Alexei I. Ekimov)，以表彰他們“對(duì)量子點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與合成”做出的貢獻(xiàn)。
在這其中，巴文迪和布魯斯二人曾是學(xué)生與導(dǎo)師之間的關(guān)系。1988年，巴文迪在布魯斯教授的實(shí)驗(yàn)室開始博士后培訓(xùn)，結(jié)束了哥倫比亞大學(xué)的博士后生涯，他又進(jìn)入麻省理工學(xué)院化學(xué)系，并延續(xù)布魯斯的研究方向，最終因創(chuàng)造出更高質(zhì)量的納米粒子獲2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
諾獎(jiǎng)會(huì)后采訪中，巴文迪稱與導(dǎo)師一起獲獎(jiǎng)是“難以置信的榮幸”，并直言布魯斯教會(huì)了他很多東西，而且夸贊布魯斯是一個(gè)卓越的學(xué)者，他正努力模仿導(dǎo)師的各個(gè)方面——“三人行，必有我?guī)?rdquo;。
實(shí)際上，作為量子點(diǎn)領(lǐng)域開拓研究和產(chǎn)業(yè)化的重要人物，巴文迪教授一直被認(rèn)為是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的有力候選人，不僅因?yàn)榧夹g(shù)成果足夠創(chuàng)新、能實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)，而且巴文迪領(lǐng)導(dǎo)的課題組持續(xù)培養(yǎng)了數(shù)十位量子點(diǎn)材料及應(yīng)用研究等領(lǐng)域優(yōu)秀的年輕科學(xué)家，包括中國(guó)學(xué)者。
清華大學(xué)電子工程系博導(dǎo)、芯視界（北京）科技有限公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家鮑捷正是出自巴文迪教授這個(gè)團(tuán)隊(duì)。
10月6日，鮑捷對(duì)鈦媒體App表示，導(dǎo)師巴文迪教授能獲得今年的諾獎(jiǎng)，他感到十分激動(dòng)和高興。諾獎(jiǎng)評(píng)審非常嚴(yán)謹(jǐn)，獲獎(jiǎng)是對(duì)量子點(diǎn)技術(shù)的原創(chuàng)性、影響力、未來潛力的高度認(rèn)可。鮑捷認(rèn)為巴文迪教授幾十年來對(duì)量子點(diǎn)領(lǐng)域做出了卓越貢獻(xiàn)，也被譽(yù)為“量子點(diǎn)合成之父”，這次獲獎(jiǎng)是實(shí)至名歸。對(duì)巴文迪教授把自己帶入量子點(diǎn)這個(gè)研究領(lǐng)域，給了自己難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，廣闊的學(xué)術(shù)探索空間和環(huán)境，感到由衷地慶幸和感激。這次量子點(diǎn)技術(shù)獲獎(jiǎng)，相信會(huì)更加堅(jiān)定行業(yè)發(fā)展信心，對(duì)行業(yè)發(fā)展有更大的推動(dòng)作用。
早在2010年，鮑捷在美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）做博士后研究，師從巴文迪教授，自此開始深入研究量子點(diǎn)。在此之前，鮑捷于2006年畢業(yè)于清華大學(xué)化學(xué)系，博士階段深造于美國(guó)布朗大學(xué)，4年內(nèi)研究過材料、化學(xué)、物理、光學(xué)等多個(gè)專業(yè)。
鮑捷（右一）和巴文迪教授（右五）及其他課題組成員于2013年在滑雪聚會(huì)中的合影照（來源：來自巴文迪課題組主頁）
當(dāng)時(shí)在學(xué)術(shù)界，量子點(diǎn)研究已經(jīng)進(jìn)入到“啃硬骨頭”的應(yīng)用研究階段。然而，鮑捷另辟蹊徑，提出了量子點(diǎn)光譜技術(shù)原理，發(fā)明了量子點(diǎn)光譜傳感技術(shù)。
2015年7月，鮑捷和巴文迪教授共同在英國(guó)《Nature》(自然）雜志上發(fā)表論文《基于膠體量子點(diǎn)納米材料的光譜儀》，首次公布量子點(diǎn)光譜傳感技術(shù)，該成果當(dāng)時(shí)引起學(xué)界熱議，它打破國(guó)際光譜傳感技術(shù)數(shù)十年來發(fā)展的瓶頸，開創(chuàng)光譜儀微型化的新世界。
鮑捷是該論文的唯一的第一作者和通訊作者。
2015年，鮑捷和導(dǎo)師Moungi G. Bawendi教授共同在《自然》上發(fā)表論文
事實(shí)上，光譜技術(shù)是指通過采集光譜信息來分析物質(zhì)性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品質(zhì)量檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等多個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)光譜儀體積大且不便攜，鮑捷則使用量子點(diǎn)代替光柵、棱鏡等元器件，將不同種類的量子點(diǎn)集成在一張薄膜，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種只有硬幣大小、能辨別1nm光譜的儀器，并可作為元器件集成在多種終端產(chǎn)品形態(tài)上，猶如給機(jī)器裝上看透物質(zhì)的“眼睛”。
論文發(fā)表之前的2013年，29歲的鮑捷就從美國(guó)MIT學(xué)成全職歸國(guó)任教，在清華大學(xué)電子工程系擔(dān)任博士生導(dǎo)師。而且，鮑捷還于2016年創(chuàng)立了芯視界，以推動(dòng)量子點(diǎn)光譜傳感技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，普及到人們的日常生活中。截至目前，公司投資方包括真格基金、真成投資、招商局創(chuàng)投、銀潤(rùn)資本、龍門投資、元昊投資、遠(yuǎn)東宏信等多家機(jī)構(gòu)。
鮑捷表示，量子點(diǎn)是能在非常寬的顏色范圍內(nèi)連續(xù)地獲得不同顏色的材料，正是由于這一獨(dú)特性，讓它成為用來辨別物質(zhì)顏色或光譜的絕佳材選。
目前，鮑捷團(tuán)隊(duì)已研發(fā)并量產(chǎn)了全球首款高性能量子點(diǎn)光譜傳感芯片和光譜圖像傳感芯片，內(nèi)置光譜儀當(dāng)中。與傳統(tǒng)光譜儀相比，芯視界的光譜儀體積縮小數(shù)千倍，價(jià)格降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并具有高光通量、高集成度、低成本、高性能等優(yōu)勢(shì)，其終端產(chǎn)品已應(yīng)用于近20個(gè)省市的地表水和排水管網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用落地。
數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方式相比，芯視界產(chǎn)品可縮減超90%的時(shí)間成本，現(xiàn)在只需不到三個(gè)小時(shí)就能找到污染源頭，并節(jié)省70%的工程成本、近30%的治理成本，大幅提高運(yùn)行效率，為城市水環(huán)境智慧化管理提供關(guān)鍵技術(shù)支持。2022年8月，芯視界入選國(guó)家級(jí)第四批專精特新“小巨人”企業(yè)。
清華大學(xué)電子工程系博導(dǎo)、芯視界公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家 鮑捷
清華大學(xué)方面曾在多個(gè)報(bào)道中表示，鮑捷打破常規(guī)思維，以超然的研究視角“蹚”出了一條新路。而憑借光譜傳感技術(shù)，鮑捷想要留在美國(guó)任教絕非難事。但是在接到清華的邀請(qǐng)后，鮑捷還是堅(jiān)定地回到了祖國(guó)，回到了母校。鮑捷以學(xué)報(bào)國(guó)，在光譜儀研發(fā)領(lǐng)域采擷了最亮的那顆星，成功研發(fā)量子點(diǎn)光譜儀。
事實(shí)上，如今，中國(guó)科學(xué)界正在迫近“亞當(dāng)斯時(shí)刻”——指的是美國(guó)化學(xué)家羅杰·亞當(dāng)斯赴德國(guó)留學(xué)后，回國(guó)在美國(guó)本土培養(yǎng)化學(xué)人才。隨后，“亞當(dāng)斯時(shí)刻”就成為美國(guó)化學(xué)走向自主發(fā)展并日趨卓越的標(biāo)志。
而自2010年以來，每一年的新科諾獎(jiǎng)得主中，總會(huì)出現(xiàn)與中國(guó)科學(xué)界的交集。例如，2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主之一的安東·塞林格，是中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉院士的博士生導(dǎo)師；2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主斯萬特·帕博，培養(yǎng)出中國(guó)科學(xué)院博士、古基因組研究領(lǐng)域?qū)W者付巧妹。
因此，多個(gè)“諾獎(jiǎng)得主的中國(guó)淵源故事”背后折射出，很多中國(guó)頂級(jí)科學(xué)家都曾有過美國(guó)留學(xué)經(jīng)歷。
近日，普林斯頓大學(xué)當(dāng)代中國(guó)中心和哈佛大學(xué)等美國(guó)高校團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)表的一篇報(bào)告統(tǒng)計(jì)顯示，2019年-2021年間，有3878名華人科學(xué)家離開美國(guó)科研機(jī)構(gòu)，回到中國(guó)開展研究。
鮑捷提到，團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃將量子點(diǎn)光譜技術(shù)應(yīng)用于健康醫(yī)療、農(nóng)業(yè)食品、工業(yè)機(jī)器視覺以及消費(fèi)電子等領(lǐng)域，目前已研發(fā)出首個(gè)基于量子點(diǎn)光譜技術(shù)的呼吸式醫(yī)學(xué)檢測(cè)設(shè)備。
當(dāng)前在環(huán)境、水利、水務(wù)、醫(yī)療等方向上，量子點(diǎn)光譜技術(shù)已逐步成為工農(nóng)業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)線檢測(cè)、智慧城市監(jiān)測(cè)、身體健康遠(yuǎn)程或隨身在線監(jiān)測(cè)等方面的重要傳感器。
“我們推動(dòng)并期待未來5到10年，量子點(diǎn)光譜傳感技術(shù)逐漸浸入到生產(chǎn)生活的方方面面。”鮑捷對(duì)鈦媒體App表示。
（作者｜林志佳）
