吳 彪 李 桐

黃曉文

自古以來，人們對于生命一直懷有敬畏之心。隨著時代的更迭以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生命科學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)出大量先進技術(shù)，以服務(wù)人類生命健康事業(yè)。微流控技術(shù)便是其中一種。

與傳統(tǒng)單一科學(xué)技術(shù)相比，微流控技術(shù)能夠?qū)⒒瘜W(xué)、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中樣品的反應(yīng)、分離、檢測等過程集成到一塊微米級的芯片上，高效、自動地完成分析全過程。它不僅具備小型化、集成化與便攜化等諸多優(yōu)點，還能大大縮短樣本處理時間，精密控制液體流動，節(jié)約試劑耗材，有著極為廣闊的應(yīng)用前景。微流控技術(shù)的誕生，是研發(fā)人員對自動化及效率更為極致的追求。其問世至今不過30年歷史，但因發(fā)展迅猛，被稱為下一代醫(yī)療診斷“顛覆性技術(shù)”，吸引了一批批科研學(xué)者投身其中。齊魯工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)部副教授黃曉文多年來就深耕在這一科研領(lǐng)域，并在相關(guān)研究中積累了豐富的經(jīng)驗。

埋頭深耕，苦心鉆研。從事科研以來，黃曉文懷著飽滿的熱情與斗志，投身于以微流控芯片及納米材料為基礎(chǔ)的生物檢測及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，取得了諸多創(chuàng)新性科研成果。在她看來，人生如白駒過隙，忽然而已，能在生命科學(xué)研究中，朝著自己的理想邁進，她的內(nèi)心會愈加豐盈，人生的信念也愈加篤定。

學(xué)習(xí)積淀，在交叉學(xué)科中成長

吾生也有涯，而知也無涯。在熱愛與求知欲的驅(qū)使下，黃曉文一步一個腳印，不斷積累交叉領(lǐng)域知識，提升自己的研究技能，為更好地從事生命科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

本科階段，黃曉文就讀于齊魯工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)，自此開始了生物技術(shù)研究的基礎(chǔ)啟蒙。本科畢業(yè)后，她以優(yōu)異的成績考入西北農(nóng)林科技大學(xué)細胞生物學(xué)專業(yè)。在導(dǎo)師王進義教授的引領(lǐng)下，她初次接觸到了微流控芯片研究，開始了在這一領(lǐng)域的研究探索，并學(xué)習(xí)了基于微流控芯片的細胞生物學(xué)、流體力學(xué)等相關(guān)知識，為自己今后深度開展相關(guān)領(lǐng)域研究，奠定了堅實的根基。

學(xué)海無涯，孜孜不倦。研究生畢業(yè)后，為了學(xué)習(xí)更多知識、積累更多研究經(jīng)驗，黃曉文還曾前往香港城市大學(xué)擔任了兩年的助理研究員，并因此與王鉆開教授結(jié)緣。王鉆開教授在仿生機械系統(tǒng)和微觀傳遞現(xiàn)象研究中具有很高的學(xué)術(shù)造詣，對科學(xué)難題追求突破。通過他的教育引領(lǐng)，黃曉文將自己在碩士期間所積累的研究經(jīng)驗，向機械與力學(xué)方向進行了擴展，形成了更為先進的技術(shù)手段及更加邏輯化的科研思維體系。

對科學(xué)研究的熱愛，讓黃曉文對相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的前沿科研知識，表現(xiàn)出極大的探索欲望。2013年10月，她前往香港理工大學(xué)應(yīng)用物理系攻讀微流控芯片-生物檢測方向的博士學(xué)位。通過研究交流，黃曉文知悉，自己的博士生導(dǎo)師張需明教授一直懷有高效實現(xiàn)仿植物人工光合作用的夢想。在他的引導(dǎo)與啟發(fā)下，黃曉文開始將自己的研究方向進一步拓展到半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。雖然從生物到物理材料領(lǐng)域的跨越，讓黃曉文面對了巨大的挑戰(zhàn)，但她還是憑借自己強大的毅力，克服了重重困難。她從基本概念開始學(xué)起，點滴積累，最終學(xué)有所成。值得一提的是，博士期間，黃曉文還于2016年6—11月前往美國明尼蘇達大學(xué)機械工程系從事光敏生物材料合成方向的研究，而這段經(jīng)歷也為她繼續(xù)從事輔酶再生相關(guān)領(lǐng)域的科研探索奠定了堅實的基礎(chǔ)。

從香港到美國的研學(xué)經(jīng)歷，是黃曉文科研生涯的關(guān)鍵時期。這一階段，她不僅知識儲備發(fā)生了指數(shù)級的增長，也在交叉學(xué)科研究中有了更加長足的進步。在她看來，如果科學(xué)家一直局限于某一個行業(yè)中，就很難實現(xiàn)交叉學(xué)科的發(fā)展，也很難站在相應(yīng)的高度去解決相關(guān)問題，而能夠從事交叉學(xué)科研究，不僅是一種挑戰(zhàn)，更是自己科研之路上不可多得的經(jīng)歷?！爱敃r跨學(xué)科去擴展這些知識面的時候無疑是困難的，但是真正到現(xiàn)在這個階段往回看的時候，就會發(fā)現(xiàn)自己無意中掌握了很多領(lǐng)域的研究知識，這些知識對于我來說都是非常寶貴的財富。”黃曉文說。而這段經(jīng)歷，也給黃曉文輸入了一種強大的信念，讓她在今后的科研道路上，不管遇到什么困難，都擁有乘風(fēng)破浪的勇氣。

科學(xué)抗疫，提升病毒檢測效率

人類戰(zhàn)勝大災(zāi)大疫，往往都與科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新緊密相連。在習(xí)近平總書記的戰(zhàn)“疫”部署中，科學(xué)防控一直是一條鮮明主線。在黃曉文看來，從事科學(xué)研究更要有一種悲天憫人的情懷，要胸懷祖國社會。扎根于齊魯工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)部這一平臺，黃曉文團隊始終將科研視野放眼于祖國民生中，并開展了相關(guān)工作。

2019年年末，新冠肺炎疫情肆虐，醫(yī)院病患激增、壓力巨大。新型冠狀病毒傳染性強、危害性大，給人民群眾的生命安全帶來了巨大風(fēng)險。猶記得2003年非典疫情來勢洶洶，那年的黃曉文還是一名高考生，非典帶來的沖擊讓她至今仍對當年的情景記憶猶新。如今她已經(jīng)從一名學(xué)生成長為一名科研工作者，身上有了沉甸甸的社會責任?！八?019年新冠肺炎疫情暴發(fā)的時候，我一直想著能夠為祖國、為人民做點什么?！秉S曉文說。

經(jīng)過調(diào)查，黃曉文發(fā)現(xiàn)：疫情防控期間，醫(yī)院的醫(yī)生每天的身體都處于高負荷狀態(tài)，為了配合緊張的防疫工作，很多醫(yī)護人員都無法保證自己的休息時間?？吹竭@一現(xiàn)狀，黃曉文甚為憂心。如果能研發(fā)出一款一體機，把檢測樣品直接放進去，讓核酸以及抗體的檢測結(jié)果能同時出來，并以一種電子化的形式顯示，是不是就能減輕醫(yī)護人員的工作強度呢？正是在這一背景下，黃曉文團隊的研究項目“基于多重微流控芯片的新型冠狀病毒核酸及抗體一體化快速檢測裝備及產(chǎn)業(yè)化”應(yīng)運而生。

疫情防控期間，學(xué)校一直處于封閉狀態(tài)，最開始，黃曉文只能和研究團隊在外面的實驗室開展相關(guān)工作。得知黃曉文團隊在開展相關(guān)研究之后，學(xué)校便特批他們回校開展研究。就這樣，空蕩蕩的校園里，多了一群忙碌的科研工作者。

功夫不負有心人。通過不斷地攻關(guān)探索，黃曉文團隊最終研發(fā)了一款一體機。這款一體機不僅能同時檢測新冠病毒核酸和血液抗體（IgM、IgG），還具有快速、準確、高效、全封閉、全自動化的優(yōu)點，利于醫(yī)生的快速診斷，同時利于病患的精準診療，填補了國內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域的空白。目前，他們還與南京大學(xué)以及山東大學(xué)第二醫(yī)院合作完成了多重微流控芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計、條件優(yōu)化及預(yù)實驗，實現(xiàn)了以人工合成的新冠病毒核酸片段為靶標物的高靈敏檢測及血液中低濃度IgM、IgG的檢測。

近年來，呼吸道病原體感染人數(shù)逐年上升，形勢嚴峻。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：僅普通呼吸系統(tǒng)感染，全球每年上呼吸道感染超188億人次，2020年死亡約400萬人，并且還是5歲以下兒童死亡的首要因素。

更糟糕的是，新冠病毒與常見的9種呼吸道病原體所引起的發(fā)病癥狀相似，區(qū)分困難，給醫(yī)生的診斷帶來極大障礙。早在2020年11月，中國工程院院士鐘南山就對人們發(fā)出了提醒：“在疫情防控中，我們發(fā)現(xiàn)了流感與新冠共同感染病例。”在后疫情時代，多國政府機構(gòu)指出：呼吸道病原體聯(lián)合檢測意義重大，要大力推進多種呼吸道病原體的快速聯(lián)合檢測。

在這一背景下，黃曉文團隊通過攻關(guān)實驗，制備了國際領(lǐng)先的呼吸道病原體綜合篩檢試紙，首次實現(xiàn)一次取血明辨10種病原，僅需3～5分鐘便完成檢測，最大限度節(jié)約時間，準確度高，特異性強，有望大規(guī)模篩查疑似患者，進而實現(xiàn)快速分診與治療、查明患者發(fā)熱原因，緩解醫(yī)療機構(gòu)壓力，降低患者等待時間。由于其應(yīng)用效果良好，這款試紙還獲得了第七屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國家級金獎、中華人民共和國人力資源和社會保障部頒發(fā)的“全國優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目”等獎項。

輔酶再生，提升能源利用效率

一直以來，人類的生存與發(fā)展都和能源有著密切聯(lián)系。但現(xiàn)如今，因為不可再生能源急速減少，能源危機在全球愈演愈烈，引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。

“我們?nèi)紵幕剂喜⒉皇窃丛床粩嗟?，終有一天會消耗殆盡。而大量的化石能源燃燒會導(dǎo)致冰川融化、海平面上升，進而也會引發(fā)一系列氣候變化，而氣候變化會造成糧食減產(chǎn)，進而導(dǎo)致嚴峻的糧食危機。”黃曉文說。

風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電等可再生能源既不排放污染物，也不排放溫室氣體，是天然的綠色能源。我國明確提出力爭于2030年達到碳達峰、努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和，對可再生能源發(fā)展提出了明確的要求。“如果我們用太陽能吸收二氧化碳產(chǎn)生糖類，就可以將3項問題同時解決?！秉S曉文說。

眾所周知，輔酶是大部分氧化還原酶催化反應(yīng)中的關(guān)鍵輔助因子，在工業(yè)生產(chǎn)中用量極大，具有十分重要的價值。然而，輔酶的生產(chǎn)和提純成本極高，導(dǎo)致其價格高昂、應(yīng)用受阻。人工光合作用可以利用太陽能進行輔酶再生，有望通過輔酶循環(huán)利用的方法降低工業(yè)中生物催化反應(yīng)成本。多年來，黃曉文團隊在輔酶再生以及輔酶配合其他產(chǎn)物合成高附加值產(chǎn)物研究中開展了大量工作。

在相關(guān)契機之下，黃曉文尋求到了青島科技大學(xué)趙英杰教授課題組進行合作。通過不斷合作攻關(guān)，他們通過輔酶再生手段生成L-谷氨酸的效率達到了全球領(lǐng)先水平，對未來能源的高效利用有著極大的應(yīng)用前景，相關(guān)研究成果發(fā)表在了《德國應(yīng)用化學(xué)》期刊上，在領(lǐng)域內(nèi)引起了一定的反響。

團隊合影

心懷感恩，培育領(lǐng)域人才

九層之臺，起于累土；千里之行，始于足下。一切科研成果以及榮譽的背后，離不開多年來黃曉文以初心為伴，一點一滴的實踐與積累?；叵肫饚熼L與領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心及幫助、朋友與同事的鼓勵及支持，黃曉文的內(nèi)心充滿了濃濃的感恩之情。吃水不忘挖井人，黃曉文也希望通過自己的實際行動，在科研領(lǐng)域做出更多的成果，更好地回饋母校、回饋社會。

項目攻關(guān)，在研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的同時，最重要的就是搶時間，熬夜加班是家常便飯。雖然很辛苦，但黃曉文甘之如飴。除此之外，善于和研究領(lǐng)域的優(yōu)秀科研學(xué)者進行合作，也讓黃曉文集合各方優(yōu)勢，給研究注入了新鮮的活力。如今作為山東省干細胞學(xué)會微納科學(xué)與干細胞研究及應(yīng)用專業(yè)委員會主委，她也在研究交流中打開了一扇窗，為更多不同科研背景的老師提供交流的機會，共同服務(wù)于領(lǐng)域的發(fā)展與學(xué)科的進步。

目前，黃曉文團隊有10名碩士研究生，分別來自生物醫(yī)學(xué)工程、生物工程、生物技術(shù)等專業(yè)。因?qū)W科背景不同，他們從事著不同的研究課題，主要集中在微流控芯片、生物醫(yī)學(xué)檢測（如早期癌癥診斷、即時診斷POCT等），以及人工光合作用輔酶再生領(lǐng)域。在人才的培養(yǎng)上，黃曉文十分注重開拓學(xué)生的科研思路。她鼓勵學(xué)生們進行大量的閱讀，將自己認知的圈子向外擴展，以接觸到更多領(lǐng)域內(nèi)的新知識、新技術(shù)和新想法。

雖然學(xué)生們的起點并不如國內(nèi)知名院校的學(xué)生高，但是黃曉文始終堅信勤能補拙?！叭绻麖奈锢韺W(xué)的角度上來看，起點和終點中間的德爾塔值有差異，我們就靠自己的努力，把德爾塔值補上就可以了。”黃曉文說。正是在她的教導(dǎo)與學(xué)生們的不懈努力下，學(xué)生們榮獲了例如第七屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國賽金獎、第十七屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽“揭榜掛帥”專項賽國賽特等獎等多項國家級獎項，而黃曉文也獲得了第六屆和第七屆山東省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)秀創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師、第十七屆“挑戰(zhàn)杯”山東省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師、第七屆山東省大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽金牌指導(dǎo)教師等榮譽。

科技興則民族興，科技強則國家強。展望前路，黃曉文深知任重而道遠。針對“十四五”要求加大體外診斷技術(shù)及各種疾病早期診斷技術(shù)發(fā)展的大背景，以及國家對“碳達峰”“碳中和”的發(fā)展要求，黃曉文肩上仍有著沉重的使命感。今后，她還將繼續(xù)引領(lǐng)團隊在微流控芯片、納米材料的生物檢測及輔酶再生領(lǐng)域開展一系列研究探索。行穩(wěn)致遠、自力更生，為了祖國的發(fā)展和人民的幸福生活，黃曉文仍將不遺余力地在科研領(lǐng)域散發(fā)自己的光和熱。