深圳大学教授、深圳万物传感科技首席科学家张晗： 构建全自动化生物安全监测预警网络
读创/深圳商报首席记者 王海荣
在不久前结束的第133届广交会上，由深圳万物传感科技有限公司研发的“神农Ⅰ号”全自动病毒监测机器人成为场馆环境安全监测的好帮手，通过自动监测水质情况，它精准分析场馆环境中是否存在高致病性传染病毒的隐患。
这个机器人是深圳大学教授、深圳万物传感科技首席科学家张晗带领团队打造的生物安全监测预警网络的一位新成员。“我们的目的是通过全自动痕量核酸监测站，实时监测微生物流行趋势，最终构建起一张社会面的安全监测保护网。”张晗说。
黑磷创新应用拓荒人
在现代工业中，装备是工业之母，材料是装备之母。在基础学科中，物理学是自然科学之母。20年前，张晗选择材料物理专业这个“基础中的基础”开启自己的大学科研探索生涯。之后又在新加坡南洋理工大学获得微电子博士学位。2012年，在比利时布鲁塞尔完成博士后研究工作的张晗选择回国工作，成为深圳大学特聘教授、博士生导师，致力于研制能够满足国家重大战略需求的高性能光电子芯片与元器件。
当时，作为二维光电材料成员的黑磷拥有可控调节的能隙，可将电子信号转成光信号，具备石墨烯所不具备的特性，迅速吸引了张晗的目光。他带领团队率先探索出了针对黑磷的液相制备新方法，在“薄层黑磷的大批量制备”上获得突破。
2016年，深圳市黑磷光电技术工程实验室成立，张晗担任实验室主任，组建了一支充满活力的科研队伍。几年下来，实验室在新型激光锁模器件、二维材料的全光信号处理的器件和芯片、高性能光电子器件等领域，都取得了国际领先的成果。
据统计，张晗已发表SCI论文300余篇，申请专利超过300项，授权发明专利超过60项。这些专利覆盖半导体材料的制备、加工，微电子器件、光电子器件的研制、芯片集成、人工智能算法等，形成了全产业链的一项原创性应用技术。其本人也连续4年入选“全球高被引科学家”，曾荣获第二十四届“广东青年五四奖章”。
打造生物安全预警网络
在这些年的科研探索中，黑磷的应用范围被不断拓宽，从微电子和光电子的应用，再到生物医药应用。但张晗并不满足于做一个基础研究的“拓荒人”。
“新材料是信息时代技术革命的重要载体，材料研究成果不能永远停留在实验室，要走进生产车间，走进大市场，解决市场面临的实际问题，把科研成果写在祖国的大地上。”张晗说。
除了宁静的深大校园，张晗的其余大部分时间会泡在深圳龙华银星科技大厦里的万物传感公司的会议室内，与团队项目组碰头。他还要抽空参加各类学术会议，头脑风暴不断激荡，从基础研究、源头创新，到形成技术、器件生产、赋能产品，再到市场应用的创新链条加速成型。
生物安全风险监测预警体系是指对生物安全领域的威胁进行调查评估、监测分析并及时预警的体系。依托在新材料领域的核心技术积淀，张晗将目光锁定在构建生物安全预警生态链。
凭借独特的光电性质，应用了黑磷材料的芯片可以制成准确度、灵敏度高、一致性强的水质传感器，并进一步形成污水检测系统。针对现行监测方案技术限制多、人工成本高、频次低、误差大、难以标准化、不低碳等痛点，张晗带领涵盖材料、物理、化学、生物、生态环境，到机电、人工智能、病毒学、疾控等十几个专业的团队成员，启动了全自动病毒监测机器人的研发。
从原始的半导体材料，到单元器件的研制，再到将它们集成在一个光电子芯片，最后与人工智能技术相结合，形成全链条的创新技术。2022年11月，代号为“神农Ⅰ号”的全自动病毒监测机器人成功诞生。“从立项到出产品，历时两年，前后经历了十几万次测试。”张晗回忆说。
“神农Ⅰ号”使用高精度定位控制、物联网、人工智能算法等多种高科技技术，能自动采集样本，搜集DNA，分析样板浓度。该项污水检测技术使用的是CRISPR(一种基因检测方法)光学传感技术，约2分钟就能检测出污水中的病毒。同时，可扩展监测猴痘，诺如和大肠杆菌等其他高致病性传染病毒。
与此同时，深圳成熟的制造业优势加速了研用进程。张晗透露，该款机器人已具备生产交付能力，通过持续引入前沿科技，最终将推出消费级可检测核酸和细胞的多参数免维胶囊机器人。
“生物安全监测还是一片蓝海，尤其是全自动化的生物安全监测预警网络还是空白，我们的目标是抓住深圳建设中国特色社会主义先行示范区的契机，把好的技术先行示范，然后推广到全国，在产学研的过程中推动技术迭代，催生新的产业，逐步建立一个全球性的生物安全监测预警网络。”张晗如此展望。
科技创新要“以终为始”
“合抱之木，生于毫末；九层之台，起于累土；千里之行，始于足下。”科技工作者该如何长久保持科研热情？张晗特别提到要善于从《道德经》中汲取辩证、发展的哲学观点。无论是埋头基础研究，还是从事技术创新的科技工作者，都要像“小马过河”一样不断学习，坚持百花齐放思想，善用各自所长，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，加快科技创新。
“我们现在的产业化路径正是‘以终为始’，目标就是解决产业里碰到的痛点，最终做出的成果能够直接落地。”张晗表示，有志于成果产业化的青年科技工作者，应该多跟企业家交流学习，认真做调查，了解市场传导来的评价、需求，而不是闭门造车，站在自身的角度想当然地做研发，那绝对是不行。
审读：孙世建
