【秦皇岛日报】追光——他们让光绽放出不一样的色彩

光，是使我们能看见物体的媒介，而在科学家眼中，光的意义远不止这样简单。在东北大学秦皇岛分校有这样一群“追光者”，他们像“光之魔术师”一样使用神奇的魔法，让光绽放出不一样的色彩。

点亮生命之光

5月15日，东北大学秦皇岛分校控制工程学院副院长吕江涛一如既往地在实验室里忙碌着。他的主要研究方向之一是智能光学神经网络，这是一项与生命健康息息相关的生物医学光学领域研究。

据吕江涛介绍，细胞是生命体的基本单位和功能单位，人类对于细胞的观察，始于英国科学家虎克在17世纪第一次使用显微镜发现细胞。然而，细胞内各种结构的特征尺度大多在纳米量级，传统的光学显微技术受衍射极限的限制无法观测200纳米以下的生物结构细节。

“电子显微镜的分辨率虽然是亚纳米量级，可以观察到精细的亚细胞和生物分子结构，但必须在真空环境下工作，难以测量活体细胞样本的动态信息。”吕江涛说，“近年来，超分辨显微成像技术已成为应用于生命科学研究的重要手段。但传统的超分辨显微成像技术成像速度较慢，为此我们正在尝试构建基于金属纳米超表面结构的光学神经网络，进一步提高成像分辨率，减少成像时间。”

在吕江涛忙碌的同时，另一个实验室里，一台罩得严严实实的仪器显得十分神秘。据光学工程学科副教授胡晟介绍，这台仪器进行的是微观世界微米至纳米级粒子的捕获与操控。

胡晟的主要研究方向是“生物细胞操控与病变检测”。在他身边有一台零下86摄氏度的恒温冷冻柜，里面保存着他精心培养的生物细胞。

“我们要看清一个比较小的东西，就要把它抓过来，放到眼前仔细观察。同样，我们要看清一个细胞，就要先用‘光镊’捕获它，然后对它进行操控和培养。”胡晟说，精细分离和培养的目的，是为了更透彻地认识人体细胞，从而制作一种“生物芯片”，它将是属于每一个人的“生物名片”，能对差异性很大的生命个体进行定制式的精准医学治疗。

此时，另一名“追光者”——东北大学秦皇岛分校控制工程学院的教师仝锐杰，正在对光纤进行微加工。他希望能通过利用头发丝粗细的光纤表面等离子体共振传感探针，检测出人体内与阿尔茨海默症发病相关的多巴胺小分子。

多巴胺作为一种重要的儿茶酚胺是人体内主要神经递质之一，人体内过低或者过高的多巴胺浓度都会导致神经系统的紊乱，如缺乏多巴胺将导致阿尔茨海默症等一系列神经类疾病。

对传统的光学传感器来说，测量多巴胺是一个巨大挑战。为解决这一难题，仝锐杰决定采用特异性的57碱基单链DNA适配体，一对一地与多巴胺特异性结合，放大多巴胺小分子引起的折射率扰动，进而实现痕量多巴胺分子的测量。

“这项研究需要面临的挑战很多，但意义非凡。”仝锐杰说，“实现人体内多巴胺的精准检测，无论是在神经生理学研究，还是在疾病诊断、临床应用等方面都具有重要价值。”

照亮海洋之光

走进控制工程学院光学工程专业的一间实验室，屋里最多、也最惹人注目的就是一束束玻璃丝样的光纤。

前香港中文大学校长、华裔科学家高锟最先提出“光在纤维中传输并用于通信”的设想，并因此获得2009年诺贝尔物理学奖。如今，光纤的应用早已超出通讯领域。

蔡露、陈茂庆、彭昀是三名来自控制工程学院的“90”后教师，也是在“智慧海洋”“透明海洋”研究方面卓有成就的学者。

海水的温度、盐度和深度简称“温盐深”，是人类了解、认知海洋的基础信息。“国外目前使用的‘温盐深’探测仪（CTD）一般体积很大，需要一艘小轮船运到指定地点进行检测。而我们采用特种七芯光纤研发的集成化传感器，不仅解决了传统检测方式成本高、布放困难、需长期供电和通信效率低的问题，还具有检测深度深达1千米、范围更广、分辨力更高、成本更低等优势。”研究光纤量子传感技术的彭昀告诉记者，这项研究目前已经比较成熟，被列为国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划项目，未来可在海洋环境监测、海洋资源勘测与利用等方面投入应用。

“‘温盐深’之外，还有‘磁’，也就是磁场。探测海洋磁场的变化，可以让我们更加立体、透明地感知海洋。”研究新型光纤传感技术的蔡露补充说，团队在国际上率先创新性地提出引入纳米材料磁流体，采用可分布式的高灵敏光纤磁场传感技术测量海洋磁场。这项成果处于国际领先水平，在2020年获得河北省科学技术奖自然科学奖二等奖。

2022年，东北大学秦皇岛分校与中国海洋油气勘探国家工程研究中心合作建立了地震光电探测分中心。“以微纳精密光纤传感等光电先进检测技术研发为重点，分中心致力于攻克油气勘探技术领域的关键科学难题，目前正研制油气井下极端环境中使用的小体积、耐高温、耐腐蚀的一体化多参数传感器。”作为分中心的联系人，陈茂庆表示，分中心的研究将对我国探测与开发深海资源起到十分重要的推动作用。

正所谓“名师出高徒”，三位青年才俊同属于一个科研团队，而这个团队的领导者就是东北大学秦皇岛分校副校长赵勇。

由于曾在科研领域取得卓越成绩，赵勇享受国务院政府特殊津贴，是国家杰出青年科学基金获得者，也是国家级人才称号获得者。近年来，赵勇和他的团队结合学校所在地——秦皇岛的城市发展特色，围绕秦皇岛市“智慧海洋”发展战略和生命健康产业规划，正致力于构建“海洋综合生态智能监测系统”和“智慧医疗系统”，为推动秦皇岛海洋和医疗产业迭代升级，打造新的发展高地。

燃亮生活之光

艺术家将光比作希望，科学家用光照亮生活。

吞咽一颗直径不足13毫米的“胶囊”后，患者通过手机小程序便可查看胃肠的具体病症及诊疗建议——这神奇的一幕上演于今年1月举办的国家科技计划成果路演行动河北专场。

“当前，胃肠疾病已经成为全球排名前三的疾病，传统的胃镜、内窥镜等产品因不适感强等原因，难以满足患者定期筛查的需求。针对上述问题，我们设计了一种基于光学检测原理的采集肠胃蠕动信息的非图像型全新检测思路，并成功研发出这种‘胶囊机器人’。”赵玉良的介绍，让前来参加活动的人们对这款高智能、便捷化的私人肠胃“医生”充满期待。

作为东北大学秦皇岛分校光电传感与泛在智能实验室的负责人，赵玉良和他的团队的研究更侧重于应用，也更接近于我们的生活。

前不久，赵玉良团队与香港城市大学合作开发了一款智能物联网戒指。使用者只需将这只神奇的“魔戒”戴在右手食指上，便可实现从日常行为到剧烈运动的20种动作识别。更神奇的是，这款“魔戒”还能准确记忆每根手指的运动姿态，从而实现对26个字母的无键盘输入。

与“魔戒”相似的还有“智能手环”。作为赵玉良团队的科研成果之一，“智能手环”不仅能对篮球、排球、乒乓球、羽毛球、体操等运动进行动作识别和量化分析，从而使运动员能对训练进行针对性调整，还能通过行人步态，进行潜在疾病的诊断，甚至可以用来进行心理学人格分析。

“光所产生的视觉带给我们的不仅仅是图像，还有图像背后隐藏的信息。”赵玉良介绍。

视觉可以称重。通过摄像头捕获流水线上鸭子的图片后，利用“深度学习”技术，可以一目了然地测量每只鸭子的重量。

视觉可以破冰。赵玉良团队开发的海冰识别系统通过图像对海冰的各种物理参数进行自动化的识别，分析研判海冰对船只造成的影响，从而为舰船的冬季航行提供实时、科学的安全保障。

视觉还可以协助“精准打击”。利用高光谱图像识别飞机或车辆的关键部位，可以对敌方武器实施精准打击。

……

“团队现有固定研究人员34人，拥有国家级人才称号获得者4人，教授9人，副教授13人，东北大学秦皇岛分校光学工程学科的建立时间虽然仅有4年多，目前不仅拥有雄厚的师资力量和丰富的科研人才，还拥有国家重点实验室——智能感知与光电检测技术研究中心、河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，各类实验设备达到近亿元，可以说是‘软硬兼备’。”赵勇说。

追光不止，磨砺以须。赵勇表示，东北大学秦皇岛分校的“追光者”将以“中国光学之父”王大珩为榜样，去追随光，在科研之路上披荆斩棘、艰苦奋斗；成为光，为肩负起时代赋予的重任跨越创新、寻优勇进；散发光，为使我国实现高水平科技自立自强而兢兢业业、无私奉献。

上一条：【中国社会科学网】扎实推进大中小学心理健康教育一体化建设

下一条：【河北教育网】东北大学秦皇岛分校举行劳动教育导师聘任仪式暨“大国工匠进校园”全国劳模事迹报告会

【关闭】