張晗：新材料與光電工程“聯(lián)姻”路上的追夢(mèng)人

◎ 文/段雨默

繼2016年2項(xiàng)技術(shù)被OF week光通訊網(wǎng)評(píng)選為 “2016年激光年度十大進(jìn)展”和2017年團(tuán)隊(duì) “基于二維材料可飽和吸收體的鎖模光纖激光器”研究在中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院公布的《2017 研究前沿》中被列入物理學(xué)Top 10 熱點(diǎn)后，2018年課題組再度在黑磷精準(zhǔn)藥物控釋系統(tǒng)治療癌癥方面取得新突破。

堅(jiān)持沿著新材料與光電工程的學(xué)科交叉之路做引領(lǐng)式創(chuàng)新，年輕的80后教授、深圳大學(xué)博士生導(dǎo)師張晗，與其團(tuán)隊(duì)在鎖模激光和黑磷研究上已取得多項(xiàng)重要突破。

多學(xué)科交叉，為科技創(chuàng)新引來(lái)源頭活水

張晗1984年出生于湖北省黃岡市，2006年、2010年分別在武漢大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)獲得學(xué)士和博士學(xué)位，2013年成為深圳大學(xué)特聘教授。現(xiàn)任深圳大學(xué)黑磷光電技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室主任。

他是中組部青年 “千人計(jì)劃”、教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才”、2014年湖南省 “杰青”、2016年廣東特支計(jì)劃 “青年拔尖人才”、2016年深圳市海外高層次引進(jìn)人才和2017年深圳市 “青年科技獎(jiǎng)”獲得者，是深圳市孔雀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。社會(huì)職務(wù)還包括：兼任民盟中央委員、廣東省政協(xié)委員、深圳市政協(xié)委員、多個(gè)SCI期刊副主編/專題主編、中國(guó)激光青年編委會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)等。

攻讀博士后期間，張晗萌生了將新材料與光電工程相結(jié)合的想法。“當(dāng)今世界，單一領(lǐng)域的知識(shí)已難以支撐高水平的創(chuàng)新活動(dòng)。迫切需要我們研究與構(gòu)建知識(shí)自由融合與跨領(lǐng)域交叉的科研創(chuàng)新。”他說(shuō)。

多年來(lái)，張晗主要從事二維材料光學(xué)與生物光學(xué)研究，并已取得一定的成績(jī)。首先，在二維材料鎖模器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面，他在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二維材料鎖模器件設(shè)計(jì)與應(yīng)用，為超快激光技術(shù)的發(fā)展打下重要基礎(chǔ)，這一新進(jìn)展也得到了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注、跟蹤及引用，被認(rèn)為將 “引領(lǐng) ‘二維材料超快非線性光子器件’的研究方向”。其次，實(shí)現(xiàn)二維材料全光信號(hào)處理技術(shù)，并研制出具備品質(zhì)因子高、轉(zhuǎn)換效率高、速率快的全光信號(hào)處理器件，由此為克服傳統(tǒng)電子信號(hào)處理存在的大功耗、處理速度較低等技術(shù)瓶頸，提供了新的解決方案。全光信號(hào)處理技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)寬帶通信網(wǎng)最具潛力的新一代光交換技術(shù)。第三，構(gòu)筑了新型的黑磷光信息功能器件，開(kāi)辟了黑磷在生物光子學(xué)的新應(yīng)用。

依托這些研究，張晗已發(fā)表SCI論文200余篇，其中以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI一區(qū)論文70篇，封面論文30篇，2篇論文入選中國(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文，28篇論文引用過(guò)百次，高被引論文39篇。2018年入選中國(guó)高被引科學(xué)家。

做引領(lǐng)研究，成黑磷醫(yī)學(xué)研究的拓荒者

張晗是國(guó)際上較早開(kāi)始石墨烯研究的學(xué)者之一，是 “深圳首個(gè)石墨烯團(tuán)隊(duì)”負(fù)責(zé)人，成果豐碩。

2012年，張晗自國(guó)外歸來(lái)。兩年后，一種類石墨烯的新型二維材料 “黑磷”引起了他的注意。“無(wú)帶隙的能帶結(jié)構(gòu)一度限制了石墨烯在光電領(lǐng)域的應(yīng)用。”張晗說(shuō)，“黑磷”擁有可控調(diào)節(jié)的能隙，可將電子信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)，具備一些石墨烯所不具備的特性，也因此被視為新一代超級(jí)材料。

張晗率隊(duì)挺進(jìn) “黑磷”研究領(lǐng)域時(shí)，國(guó)際上的相關(guān)研究也才剛剛起步。經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)成員一路上的攻堅(jiān)克難，他們?cè)诤芏痰臅r(shí)間里便成功探索出了針對(duì) “黑磷”的液相制備新方法，揭示了 “黑磷”獨(dú)特的層數(shù)依賴?yán)匦院头蔷€性光學(xué)特性，還利用黑磷實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖激光器的鎖模，在 “薄層黑磷的大批量制備”上獲得突破。成果一經(jīng)公開(kāi)便立即引起了國(guó)內(nèi)外材料學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

張晗說(shuō)，他們就是要做前沿性的研究，要做創(chuàng)新的 “領(lǐng)跑者”，而不是始終跟在國(guó)外同行的后面 “跟跑”。

“理論研究只有轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，才有它的價(jià)值。”張晗說(shuō)。為此，他很注重將研究成果應(yīng)用于實(shí)踐，目前其團(tuán)隊(duì)已在黑磷生物醫(yī)學(xué)新應(yīng)用上取得持續(xù)性突破。

張晗介紹，黑磷獨(dú)有的生物相容性和可降解性，使其成為優(yōu)秀的智能光響應(yīng)生物醫(yī)藥材料。它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有三大潛在應(yīng)用方向：藥物載體、光熱療法及光動(dòng)力療法新材料、腫瘤的光聲成像。

“作為藥物載體，二維黑磷納米片的載藥效率可達(dá)950%，并且藥物通過(guò)非化學(xué)鍵吸附到黑磷納米片時(shí)，藥物的活性、靶向性都不受影響，保證了它作為藥物載體的基本要求。”張晗說(shuō)，作為藥物載體，黑磷可用于肝癌、乳腺癌、肺癌等實(shí)體瘤的治療。通過(guò)納米材料在實(shí)體瘤中的EPR（增強(qiáng)穿透及滯留）效應(yīng)的被動(dòng)靶向，以及對(duì)黑磷表面進(jìn)行修飾后的主動(dòng)靶向，可以將藥物精確地運(yùn)送到腫瘤內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)腫瘤的靶向治療。同時(shí)，將藥物負(fù)載在黑磷納米片中，可有效降低血液中的藥物濃度，從而降低藥物的副作用。另外，由于黑磷納米片本身還可穿透血腦屏障，它也有望將特定的藥物運(yùn)載到大腦實(shí)質(zhì)，從而在腦部腫瘤的治療中發(fā)揮作用。

如今，癌癥嚴(yán)重威脅著人類生命健康。

為了在這一領(lǐng)域有所貢獻(xiàn)，張晗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與深圳市人民醫(yī)院、瑞典卡洛琳斯卡醫(yī)學(xué)院Yihai Cao教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了合作研究。通過(guò)采用非接觸式探頭超聲液態(tài)剝離方法，團(tuán)隊(duì)成功制備了高質(zhì)量二維層狀磷烯納米片，并與抗癌藥物一起集成到生物可降解溫敏水凝膠材料中，制備出智能黑磷水凝膠材料。該材料可以通過(guò)無(wú)創(chuàng)方式注射到體內(nèi)腫瘤組織，在近紅外光的照射下，材料內(nèi)的黑磷能夠產(chǎn)生局部高熱，這些熱量一方面可以用于腫瘤的光熱治療，另一方面也能夠驅(qū)動(dòng)藥物的釋放。并且，釋放藥物的速率，可以通過(guò)激光的光場(chǎng)強(qiáng)度、照射時(shí)間、黑磷濃度等多種參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)、可控的精確調(diào)控，最終達(dá)到治療腫瘤的效果。

“術(shù)后該材料會(huì)自動(dòng)降解為天然無(wú)毒產(chǎn)物，可以避免相應(yīng)的副作用，極大地改善患者的生存質(zhì)量。”張晗說(shuō)。同時(shí)他欣慰地表示，這有望為癌癥的治療提供新的思路和視野，該研究成果的成功臨床轉(zhuǎn)化，將加快人類治愈癌癥的進(jìn)程。

產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，使科學(xué)研究做到“頂天立地”

為使科學(xué)研究做到 “頂天立地”，張晗很注重產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合。他希望團(tuán)隊(duì)能在基礎(chǔ)研究、技術(shù)專利和產(chǎn)業(yè)化方面均有所涉獵，都能開(kāi)花結(jié)果。

“求木之長(zhǎng)者，必固其根本。”基礎(chǔ)研究，正是科技創(chuàng)新的根本。在 “孔雀計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)的申請(qǐng)過(guò)程中，曾有評(píng)委建議張晗的團(tuán)隊(duì) “加快市場(chǎng)轉(zhuǎn)換突破”，但張晗卻表示自己更希望團(tuán)隊(duì)先關(guān)注 “難啃的骨頭”，也就是基礎(chǔ)性的學(xué)術(shù)研究。

“科學(xué)家需要在幕后承擔(dān)更多的使命。”他說(shuō)。

與此同時(shí)，他也希望通過(guò)高校與企業(yè)的項(xiàng)目合作、共同研發(fā)等多重模式，讓科研腳踏實(shí)地，落到實(shí)處。“企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的困難，可以借此得到更好的解決。產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，也將使科研更接地氣，助力產(chǎn)業(yè)更迅速地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級(jí)、更新?lián)Q代。”

近年來(lái)，除了瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院、深圳市人民醫(yī)院，張晗團(tuán)隊(duì)還與哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院等諸多國(guó)內(nèi)外頂尖醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)建立了合作關(guān)系，現(xiàn)有多學(xué)科背景的團(tuán)隊(duì)成員40余人。

2017年1月20日，張晗團(tuán)隊(duì)與杰普特光電工程中心達(dá)成合作研發(fā)意向，雙方將攜手推進(jìn) “基于二維材料可飽和吸收體的鎖模光纖激光器”原型機(jī)的研制、技術(shù)推廣及產(chǎn)業(yè)化。團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合之路，“蹄疾步穩(wěn)”。

作為一名大學(xué)老師，還有一件事令張晗倍感欣慰，也就是為國(guó)家培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的創(chuàng)新和適用人才，“我相信，假以時(shí)日，他們一定會(huì)在各自的崗位上成長(zhǎng)為各自行業(yè)里的科研中堅(jiān)力量。”