陈虹宇：探求纳米科技新路径

作为新兴的、交叉性强的综合学科，纳米技术包罗万象，广泛渗透到能源、环境、生物医药、航空航天等多个领域，迅速成为世界各国材料研发、应用的新宠。发展纳米合成工具，这条路至少当下还处于人迹罕至的状态。

相较于大多数人运用已知的纳米结构去拓展应用，陈虹宇眼下的工作则是在扩充纳米合成能力的“工具箱”，通过研究纳米复合结构生长、颗粒团簇组装等复杂纳米合成新路径，进一步推动纳米研究向复杂结构的发展。他是世界上少数几个“为了纳米合成而合成”的人，本着化繁为简、阐明原理机制的原则，致力探索纳米领域合成方法学的新篇章。

夯实地基，挑战冷门研究

一直以来，有关纳米粒子、纳米线、纳米薄膜等材料的制备主要围绕在固相合成法、气相合成法与液相合成法三者之间。尤其是目前实验室和工业界普遍采用的液相合成方法，虽然具有纯度高、均匀性优异等优点，但不论是它的合成路径、方法，还是合成物剂量和时间控制等仍不够完美。基于纳米研究发展现状，陈虹宇指出，其合成研究与有机合成方法类似，终极目标是“指哪打哪，想要什么结构都能合成得出来”。“相比现有方法的优化，未知的前沿还隐藏着诸多待人发掘的奥秘。这需要我们积极实现合成方法和能力的突破，拓展合成过程中的新反应、新路径，构建新型纳米结构的同时，以更加简单、便捷的渠道为纳米应用提供基本素材和理论借鉴。”

如果将科学研究过程看作一座大楼的建造，那么需要有人做顶层建设，也需要有人做地基架构。之于纳米领域而言，应用研究是以现有的合成能力为基础，搭建出合适的住宅，而发展合成能力则侧重用不同的建筑方式，达到更强的建筑效果，更快、更好地建造出新型建筑物。根据陈虹宇介绍，纳米合成能力的发展更像是在扩充一个“工具箱”，用来提供合成过程中更为丰富且具备一定针对性的路径和控制手段。他表示，如果人们都在使用工具而忽略了工具箱本身的发展，长此以往，待到该工具箱应用潜能耗尽，纳米研究的进一步发展势必会受到限制。

着重描述了合成研究对于纳米科技长期发展的价值意义，当被询问到“为什么涉猎纳米复杂结构研究的人员较少”时，陈虹宇给出一番解释：“深化纳米合成不仅难度大，短期价值效益还并不明显，所以很少有人愿意从事这项冷门研究。有时甚至连我自己也很难向领域内的同行阐明，没有直接作用于应用的基础研究究竟能做什么，又做出了什么。”因为大众的不了解，因为工作无法产生即时效益，而使得投入研究本身成为一种挑战。然而只有跳出现有纳米合成的框架，才能开创新的领域；只有系统化地理解合成机理，才能达成理性的设计和自由的创造；只有夯实合成能力的基础，才能更好地去探索、拓展新的应用。“创新不只是一个口号，作为科学工作者，我不愿沿着已知的路走。”

为纳米合成工具的发展、新路径的发现一路披荆斩棘，陈虹宇带领自己的科研团队取得了不错的收获：揭示了复合纳米颗粒生长的界面调控机理，拓展了部分纳米合成的新结构、新方法，开拓了新型的诱导纳米构象转变。在过去10余年的工作中，他以通讯作者发表高水平文章（影响因子大于10）就有37篇，总引用数超过6800次，相关成果得到了国际同行的一致认可。他坦言，工作对他而言不是强加在肩上的任务，因为有着对研究本身的兴趣和热爱，自己还愿意往前走几步，再多走几步。

打造具备科学价值的艺术品

纳米的神奇绕不开令人惊叹的技术，而纯熟的技术运用还有可能开启艺术的大门，呈现一幕为人称道的场面。

2016年9月，各大科学网站纷纷报道了“世界上最小的纳米螺丝”，称其为科学界的艺术之作。身为设计纳米螺丝的团队负责人，陈虹宇在“2016新材料国际发展趋势高层论坛”上系统介绍了设计方法及成果价值。他表示，这款纳米螺丝是用刻蚀法制造出来的，没有采用传统的自组装合成方法。为了探究整个变化过程，他们先合成了大直径的纳米棒作为前驱体，然后对其进行刻蚀。而纳米螺丝究竟有多小？陈虹宇说：“如果将我们面前一个直径为1米的圆球放大到地球那么大，那么这个‘纳米地球’上一个骰子的宽度就是1纳米。想象一下，一个巨人站在地球前面，他的手显然太大，不能直接操作这个‘纳米地球’上的物件。但他念了一下化学的咒语，就把几十亿根大树般的柱子，同时雕刻成了带有螺旋纹的纳米螺丝。”

陆续发表系列文章阐述了纳米颗粒从包覆到半包覆的合成控制，由陈虹宇领衔的创新团队运用新机理构建出多种新型纳米结构，基于有机化学的合成理念，开发出了十几种新型纳米结构的合成路线，并给出其形成的基础原理。2018年4月，他们通过合作，研究设计开发了一种基于两亲性嵌段共聚物的多步纳米合成，通过操控该聚合物壳层的形变与收缩，实现了一系列复杂纳米结构的可控制备。相关研究工作以“Transformable masks for colloidal nanosynthesis”为题发表在Nature Communications，被媒体评价为“具备适普性、能够精确设计并合成出更为复杂纳米结构”的新方法，其多步可控合成的思想，在巩固了纳米合成研究基础的同时，也为后续研究明确出了一个格外新颖、开阔的思路。

结缘纳米，长驱直入

作为一个出色的纳米合成研究从业者，没有人会怀疑陈虹宇对于研究工作的赤诚之心，但他却说“从求学到投身纳米研究领域本是一场机缘巧合”。是因为兴趣的驱使，他放弃了6年博士期间积累的无机化学研究的基础投奔纳米科技；也是由于职责所在，他在学术研究之余尽善尽美地完成教学管理工作。本科就读于中国科学技术大学，而后赴美国耶鲁大学攻读博士学位，再辗转到康奈尔大学做博士后、在新加坡南洋理工大学做助理教授，于35岁获评终身教职，陈虹宇一路像打翻的多米诺骨牌一般迅速成长。而骨子里的钻研精神让他对难题总抱着一股征服的决心，从对化学研究着迷到被纳米科技吸引也在这短短数十载。“我从小就想做一名科学家，天性让我喜欢把事情琢磨到底，热衷做些和别人不一样的研究。”

他坦言，自己并不属于那种有长远规划的人，选择课题时经常出于“好玩”的心态，并未过多地考虑工作入职等功利性因素。“我大约在耶鲁大学待了6年半，那会儿主要研究锰化合物催化水产生氧气的能力，来了解其在光合作用里的关键作用。”而后，在就业形势并不乐观的情形下，他阴差阳错进入康奈尔大学食品科学系开展博士后研究。由于当时的导师为微生物专家，研究组内有包含物理、化学、微加工、电子工程等诸多领域的科研人才，陈虹宇用1年半的时间学会了很多东西，在技能和学科概念方面有了明显进步，同时自身的科研信心也得到了极大的提升。也是在那段时间，他接触到纳米研究，为日后深入开展纳米合成等工作埋下了伏笔。

2006年，适值新加坡南洋理工大学新建化学系，陈虹宇从全球招聘中脱颖而出，于同年10月正式任职南洋理工大学助理教授。之后的数年间，他在这里发表了大量高水平文章，只用了4年半的时间就被升为终身教职副教授。由于当时学院管理人才的稀缺，陈虹宇被委任行政管理工作。凭借一股认真的劲头和处理事务负责的态度，他从助理院长、副院长一路升至负责3个学院的学部副部长。

于陈虹宇而言，管理上的收获说到底有些被动，但正是得益于几年来管理经历潜移默化的影响，他才能够从新加坡的体制发展过程中总结经验，为后续管理工作带去深刻的借鉴。

一方面紧抓科研建设，另一方面注重行政管理理念的阐发，陈虹宇在先进化学制造院以新加坡的学术模式为蓝本，参与建立起资源分配透明的科研平台。他表示，长期受国外文化熏陶，自己在教学管理、人才培养等方面尚有些不适应，还在积极的磨合阶段。对比国内外的思维差异，陈虹宇则指出从学术创新角度来讲，国内还有很长的一段路要走。“西方文化擅长有逻辑性的反对，这是我们目前缺少的，我们需要有意识地训练年轻人批判权威理念而不是一味服从。”鼓励发挥个体个性，他认为有价值的沟通、讨论则更有利于创造性思维的培养。

科研与教育，双管齐下

人才作为学科发展的主力军，培养过程所需要投入的精力和时间丝毫不亚于学术研究本身。

尽管回国时间尚短，陈虹宇已经能够清楚地指出国内学生的优势和短板。在他看来，踏实肯干和坚持是好事，但也不能忽略文化和体制影响下的思维惰性。“学生的主人翁意识比较欠缺，不愿意吃透问题，不愿意掌控全局。打一个行车的比喻，国内学生普遍更愿意坐在乘客的位置，而让导师去掌握方向盘。”这是教育管理过程中形成的惯性，也是陈虹宇改善教育形式过程中需要着重琢磨的问题。早年在新加坡期间，他便培养出一批批优秀的科研人才，其中有13位在国内高校院所任职教授或者副教授，1位在美国担任助理教授。陈虹宇说，几乎每个学生都被他批评过，这种严格的教育方式和他信奉的“任何人没有压力做不出东西”的理念有着直接的关系。“我经常会和学生讲，学术研究不是一件容易的事。生活中有一两件重要的事很正常，但如果把所有事情都排在学术前边，那么留给思考、实验的时间也就所剩无几，还能指望做出什么？”

展望未来，落实技术应用

谈及近期的总体规划，陈虹宇表示除了在管理事务、教育方面下工夫外，还想抽更多的时间去工业界转转，去看看他们真正的需求是什么，而自己又可以做哪些创新性转变。“最近几个月，我们才开始全面铺展实验，一开始的主要力量还是放在实验室，但工业化方面的合作也在进行当中。”在各大科研院所、药物研发企业奔波，陈虹宇想要利用纳米合成能力以及相应技术服务于抗癌免疫制剂的研究、石油工业的催化等，希望发挥高效的辅助作用从而推动行业发展。“就药物制剂而言，如何让药物按照既定的方式、速度、特定大小准确进入癌细胞，这是我们需要依靠进一步研究解决的。我相信纳米合成拥有诸多技术优势，目前阶段需要加快产业合作将技术优势体现出来。而我们为落实应用还要继续努力。”

“短期效益不是衡量成功的唯一标准”。假如满分为10分的话，陈虹宇会给现下的自己打出7分。他强调当前扎稳脚跟是首要的，随着科学研究的不断深入，会逐渐提升研究目标、任务的难度，同时也表示对于新鲜研究的尝试绝不会放弃。陈虹宇说，他一个人能做的事情有限，但还是会在适应环境的同时尝试更多新的思考，希望能提出建设性的方案巧妙地解决问题，竭尽全力为学术发展出谋划策。

专家简介：

陈虹宇，南京工业大学先进化学制造研究院执行院长、江苏省特聘教授、国家“青年千人计划”引进人才。曾任新加坡南洋理工大学化学系副主任、数理学院副院长、理学部副部长等。长期从事纳米科学方向的科研工作，主攻纳米合成与机理研究，包括纳米颗粒在胶体溶液里的组装、双面纳米颗粒的合成、手性纳米结构的形成及机制、纳米圈的合成及其主动的构型转变等，具有丰富的从业经验。先后在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials等国际期刊上发表SCI论文90余篇，总引用数为6800多次，H指数44。

来源：科学中国人，有删减