从纳米、光电到量子传感，未来交叉研究的专家共识有哪些

纳米科学、光电信号、生物电子、量子传感，交叉跨学科领域的研究越来越受到重视。在今日举行的一场浦江创新论坛“未来交叉研究论坛”（下称“论坛”）上，多位来自化学、物理、电子领域的科学家围绕交叉成果展开探讨。

“纳米科学，是指在纳米尺度上精确操控原子与分子，这不但能成为我们观测世界的基础设施，也能制造出具有全功能的材料、器件和智能系统。”中国科学院院士、国家纳米科学中心研究员陈春英在论坛上表示，纳米科学正在因其交叉性、基础性等特征，成为驱动电子信息、生物医学、先进材料等颠覆性创新的底层技术。

陈春英以LNP纳米载体技术为例称，该技术将核酸包裹在纳米颗粒中，可以实现颗粒的精准递送，目前这一技术也可以用于精准靶向肿瘤治疗，让以往一项复杂干预如今更能兼顾安全性、药物利用率，“进一步，利用纳米材料将光、磁等外部物理能量转化为病灶局部热效应，推动可定位、可调控的局部干预，也会在将来成为可能。”

对于更多纳米科学技术的应用场景，陈春英表示，比如融合了纳米材料、柔性电子器件的NEO无线微创脑机接口设备、电极阵列等，可以实现低损伤、无线化的神经交互；再如，融合了人源类器官模型（人体药代、药效与器官互作）、实时传感与AI的预测系统，则可以动态、连续捕捉信号，推动药物评价走向人体响应下的定量预测。

光电信号的交叉融合也在产出高质量研究。“过去，研究者需要通过观测多张不同的组织切片，继而去推理出病理机制，现在近红外成像系统可以连续、稳定地探测到深部组织约5厘米处。”复旦大学化学系/智能材料与未来能源创新学院教授张凡表示，近红外光与生物电信号之间的交叉研究，能实现活体组织成像的动态、可视化和无创。

张凡表示，团队发现，基于人体内源性近红外光荧光蛋白形成的“ICG（吲哚菁绿，一种荧光染料）探针”可以在手术导航过程中实现肿瘤组织无标记成像（无须注射钆元素），从而区分良性、恶性肿瘤，辅助医生精准切除、避开重要结构。据了解，上述技术已转化成为一套小动物活体光学成像系统，面向高校、科研院所、药企等来提供成像设备与配套探针。

“下一步，基于人体组织振动频率的分子光谱将成为团队的重点研究方向，这也与衰老、代谢等因素息息相关。”张凡说。

生物电子学如何融合？新加坡南洋理工大学材料科学与工程系教授陈晓东解释称，电子信号以0和1的取值来代表，生物信号则以离子跨膜流动为基础，因此生物电子学是将两种不同的语言在一个平台上翻译交流，其中的重要体现则是电化学传感器。

陈晓东表示，团队将薄度约为5微米的电化学传感器用于人体肌电信号的解码，这一“电子皮肤”通过采集多处肌肉活动来精细识别手势。但陈晓东也表示，生物电子学所面临的关键挑战在于：传统晶圆基器件需具备轻量化、自修复的结构，电子器件则需实现更多兼容与数字转换，但这背后的基础则是准确数据，准确数据是一切算法的根本。

此外，量子传感也正在医疗健康领域体现其交叉贡献。‌中国科学技术大学物理学院教授石发展称，团队通过纳米金刚石NV色心（氮-空位色心）来测量单个蛋白内部电子的自旋转，这一单分子磁共振（ESR）技术可以为生物大分子、早期疾病检测提供新一代量子测量工具。团队多项成熟技术已由国仪量子转化落地。

谈及基础交叉研究，石发展表示，“科学问题牵引”是交叉研究开展的前提，因此，交叉是科学和技术问题驱动的自发过程，其融合了物理+工程，以及材料技术+生物需求等方法，“研究者需要时刻坚持学习不同领域的知识，坚持长期主义，以及基于科学判断，并从内心认可自身的研究方向。”