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| 沒見過這么狠的審稿意見！黃金搭檔一波四折終發(fā)Science |
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韓飛是香港中文大學多尺度精密儀器實驗室的博士后，他學術上的黃金搭檔谷松韻正在這里讀博。在許多人眼里枯燥冗長的實驗，他們卻能樂此不疲，在無盡的科學探索里感到趣味盎然，并取得令人振奮的成果。即使在經歷波折且痛苦的投稿過程時，他們仍堅持一往無前。為了“征服”審稿人，他們不分晝夜地在實驗室忙碌，在歷時一年零一個月的四輪修改中補了69頁、近28000字的回復和實驗內容。2022年12月23日，他們作為共同第一作者的研究論文發(fā)表在Science上。這是兩人學術生涯里的首篇Science，也是谷松韻以一作身份發(fā)表的首篇學術論文。香港中文大學教授陳世祈和美國卡內基梅隆大學副教授招泳欣為論文共同通訊作者。這項研究始于“一面之緣”，仿佛一切都是命運的安排。 2019年，陳世祈作為受邀演講者訪問卡內基梅隆大學，與招泳欣進行了一次影響深遠的對話，那也是兩人唯一的一次見面。在那之前，招泳欣看到了陳世祈團隊剛剛發(fā)在Science上的一項重大成果——飛秒鐳射投影雙光子聚合光刻（FP-TPL）3D打印技術，備受震撼。“這是一種可以在納米尺度上用投影方式進行打印的3D打印技術，打印速度提升1000倍，打破世界紀錄，可節(jié)省98%的打印成本。”陳世祈在接受《中國科學報》采訪時介紹。“我的生物光子學實驗室主打膨脹顯微鏡技術，對水凝膠很熟悉。談話結束后，我和陳老師一拍即合，想聯合雙方的技術優(yōu)勢和專業(yè)知識來實現一個大膽的想法——開發(fā)能把可打印納米器件的尺寸減小到10納米量級的方法。”招泳欣在接受《中國科學報》采訪時說。陳世祈
想象一下，一個干癟的氣球上面刻滿了很復雜的圖案，用肉眼很難看清，但當你把氣球吹大后，圖案便清晰可見。而研究團隊的做法則是反其道行之。他們從麻省理工學院2018年在Science上發(fā)的一篇論文里獲得了靈感，認為用收縮水凝膠來得到超高分辨率納米結構的想法很好。“用水凝膠扮演氣球的角色，在充分膨脹的水凝膠上用飛秒雙光子激光快速打出三維圖案，再把這個圖案作為一個模板來沉積目標材料。這樣就可以把打印過程做得又精密，又快。”招泳欣介紹。然而，團隊開始實驗后才發(fā)現之前的方法存在諸多局限。“當我在復現那項研究時，發(fā)現了很多不一樣并且難以解釋的現象，水凝膠收縮的方法也不宜照搬。我們猜測這是使用了不同的激光光源導致的，是一種新的激光與水凝膠的相互作用。但由于大家對這方面了解甚少，實驗一時遇到了瓶頸。”谷松韻在接受《中國科學報》采訪時說。怎么樣既能讓水凝膠收縮，又不破壞打上去的圖案，同時這個過程還要高度可控呢？“通過偶然的機會，松韻發(fā)現熒光素分子可以自動被水凝膠中激光掃描形成的圖案所吸引，組成熒光圖案。”韓飛在接受《中國科學報》采訪時說。韓飛從納米化學的角度出發(fā)，提出這可能是一種新的自組裝現象，可以采用納米化學的知識設計一些動力學手段對其進行精密調控，從而實現從分子或納米顆粒出發(fā)，利用自組裝直接構建任意目標材料的任意3D納米結構的目的。他們最終確定由納米顆粒大小產生的空間位阻、和材料親水性影響的氫鍵這兩種動力學因素的結合可對這種自組裝過程實現納米級精度的控制。由于顆粒直徑是所有納米材料都具備的內在性質，并且所有可分散于水中的材料都具有親水性，這種設計思路實現了在所有3D微納加工體系中最好的普適性。在確定思路后，韓飛和谷松韻一起摸索了很多細節(jié)。包括收縮的條件，比如在有機溶液、鹽溶液、或是酸里收縮；還有沉積的條件，將水凝膠浸泡在含有金屬、合金、鉆石、分子晶體、聚合物或鋼筆墨水等納米顆粒的液體中，再通過配體調控等手段進一步微調和優(yōu)化自組裝過程。“這也是納米合成化學的機理第一次深度應用在3D微納加工里。”韓飛說。例如，如果將飛秒激光打印好的水凝膠放入銀納米顆粒溶液中，尺寸合適的銀納米顆粒會在氫鍵的引導下和空間位阻的阻攔下沿著激光打印的圖案自組裝到凝膠中。當凝膠變干時，它可以收縮為原來尺寸的1/13，體積縮小了超過兩千倍，使得銀的密度足夠形成納米銀線并導電。因為其依賴的激光作用和動力學控制可在三維中起作用，所以打印的圖案也可以是三維的。
他們還打印了一組納米尺度的十二生肖，每一種動物用不一樣的材料。材料普適性是這項研究的一大亮點，團隊共試過17種理化性質完全不同的材料，都可以用這一方法打印。該技術展現出了在加密光存儲中的應用前景。“根據我們的研究結果，這項技術可以在一立方厘米的空間中存儲5PB的信息，這相當于是美國所有學術研究圖書館總量的2.5倍。”招泳欣說。這項成果為設計復雜的納米器件打開了新世界的大門，團隊未來的目標是用多種材料構建功能性納米器件。“我們希望利用這項新技術來制造功能性納米設備，比如納米電路、納米生物傳感器，甚至是用于不同應用的納米機器人。”陳世祈表示。和許多能夠投頂級期刊的研究相比，這項課題耗費的時間其實并不算很長。雖然每位團隊成員都為之殫精竭慮，但從開始至投稿還不到一年。投稿過程卻經歷了一波四折。“我們用了3個月打磨文章，然后陳老師用了半個多月修改。2021年10月，懷揣著滿腔的期待，文章投給了Science。一個月后，收到了審稿意見，我看完后有一種兩眼一黑的感覺，之前雖然也發(fā)表過2篇頂刊，還沒有見過這么有攻擊性的意見。”韓飛回憶道。這次一共有3位審稿人，前兩位對文章創(chuàng)新性、打印流程設計、打印效果的方方面面攻擊了一遍。第3個人肯定了文章的創(chuàng)新性，說研究“非常令人興奮”，他認為從打印效果而言，這篇文章值得發(fā)在Science上，但他提出了30多個需要仔細回答的問題。文章被拒只是一個開始，接下來是漫長而糾結的“過山車”之旅。“我們仔細研究了審稿人一的意見，發(fā)現可以通過一些實驗來反駁他的質疑。但審稿人二對我們的工作其實存在比較嚴重的誤解，我們采用的是全新的納米化學里的動力學控制手段去實現材料的普適性，但其中的機理需要有一定化學背景的人才能看懂，顯然審稿人二沒有理解，所以沒有注意到我們機理上創(chuàng)新性。”韓飛說。研究團隊給期刊編輯寫了一封長郵件，申訴相關情況。編輯表示可以一試，待看到改稿后，再決定是否能給重投的機會。沒說的，必須抓住這一線生機。他們花了數月時間補實驗，以及準備申訴的回復。“兩個月沒日沒夜地補實驗，就在接近尾聲時，突然香港新冠疫情暴發(fā)。由于文書方面的工作不在學校也可以做，我們加夜班抓緊補完了實驗，想請假回家躲避一陣。”韓飛說。韓飛家在哈爾濱，谷松韻家在寧波。當時回內地的隔離政策是14+7+7，在隔離酒店期間，韓飛和谷松韻起早貪黑地修改文章，以及給審稿人的回復。“隔離點其實是很好的讓人靜心的環(huán)境，現在回想起來，雖然那時候被困在一個房間里，哪兒也去不了，但卻可以讓我們百分百集中精力投入到工作中。所以在短短的時間里，我們完成了第一輪修改38頁、近15000字的內容，把所有可能需要解釋的細節(jié)做到面面俱到。”韓飛表示。這樣的篇幅在Science的論文里都極為少見。據韓飛回憶，“陳老師看到所有的修改材料時，不禁感嘆從來沒有給審稿人寫過這么長的回復。”待導師改完，文章再次發(fā)給編輯。大家苦等了兩周多，終于收到了好消息——編輯開了重投的通道。文章再次投出，禍福難料。一個半月后快出結果時，韓飛和谷松韻每天都在投稿系統(tǒng)刷日期動態(tài)，日期每變一次就代表編輯可能在看或者審稿人已返回意見。他們睡前刷一遍，睡醒再刷一遍，這是他們在家生活時的重要組成部分。“我經常安慰他們，告訴他們不用太著急，因為通常Science或Nature的工作周期是比較長的，像生物類的很多三五年才出成果，最后能不能投出去都不一定。”陳世祈說。好在這一次的審稿意見露出了曙光。審稿人一表示，修改后的文章已達到在Science發(fā)表的水準，但仍需補充一些實驗細節(jié)。審稿人二很看好文章中的光儲存應用，但指出目前做的效果與別人做的效果并未拉開本質差距。而審稿人三只提了一個問題，并表示只要把實驗補完就可以了。
焦點再次回到補實驗。彼時，還在家里的兩人在看完審稿意見后非常興奮，立馬訂了回香港的機票。為了讓審稿人滿意，韓飛和谷松韻又將許多實驗細節(jié)進行完善，回復內容近8000字。這一輪修改提交后，審稿人一再無意見。審稿人二指出補充的內容沒有完全說服他，用一頁半的篇幅再次提出很多問題。審稿人三更夸張，竟然提了滿滿三頁問題。“我們也不清楚為什么第三個審稿人的意見如此波折，但他們提了我們就得回答。第三輪，我們又把所有意見事無巨細地回復了一遍，這一次的內容近5000字。沒成想，在這一輪之后，審稿人三又提了一頁半的意見，這出乎所有人的意料，甚至連編輯都在回信中表示了意外，編輯認為我們的文章已經達到了發(fā)表水準。”韓飛說。在第四輪修改后，2022年11月底，文章被正式接收，所有人都如釋重負。谷松韻用一句話來形容：“跟當年高考結束時的感覺一樣。”“能把這些最初犀利批評我們的審稿人都‘征服’，以后無論碰見什么樣的審稿人，我們都不會被嚇倒了！”韓飛笑著說。從開啟課題開始，韓飛和谷松韻仿佛住進了實驗室，兩人都是“拼命三郎”。韓飛在接受采訪時感慨，這應該是高中兩年之外最努力的時光，可能這就是高考的感覺吧。臨近2021年春節(jié)時，他們合計可以趁著春節(jié)休息幾天，到初四再來做實驗。結果，初二那天，兩人都不約而同地出現在實驗室，相互問候春節(jié)快樂之后，繼續(xù)投入到實驗中。他們就是如此默契，基于對科研的熱愛和專業(yè)知識的互補，成為了并肩作戰(zhàn)的戰(zhàn)友。在合作之前，兩人完全是不同的求學軌跡。韓飛高三便已出國，并且拿到新加坡政府全額獎學金，在南洋理工大學提前本科畢業(yè)后繼續(xù)碩博連讀，又提前畢業(yè)獲得博士學位，進入陳世祈的課題組做博士后。谷松韻則是以優(yōu)異的高考成績進入浙江大學竺可楨榮譽學院和光電科學與工程學院，畢業(yè)后直接到香港中文大學讀博。“因為我們的專業(yè)完全互補，一個主打納米和化學領域，一個擅長搭建光學平臺，所以在做這項研究時效率很高。用光學系統(tǒng)3D打印水凝膠的過程可以放心地交給松韻，而與化學和機理相關的部分則是我的專長。”韓飛說。兩人選擇導師的理由也是出奇的一致。“初次見面就都覺得陳老師為人很好，而且對學生做的各種課題都會全力支持，課題組的學生實現了充分的科研自由，這對我們實驗的開展非常重要。”韓飛舉了一個事例：“有些實驗需要到物理系實驗室完成，其中有一個表征要用到離子束切割，相應的儀器使用費很貴，每小時要花七八百港幣，而每拍一個樣品得耗費一下午的時間。當時拍了30多個小時，只這一項就花了陳老師幾萬塊錢，更不用說其他表征和實驗材料的購買了，都是以萬為單位的。但他依然從始至終都很支持我們。”實驗受挫是科研常態(tài)，失敗也是家常便飯。饒是韓飛和谷松韻這樣的黃金組合也不能幸免。在課題初期，他們一直在跟水凝膠“磨合”。由于他們都沒有操作水凝膠和3D打印的經驗，不熟悉水凝膠的“脾性”，他們在操作時遇到許多困難。韓飛還清楚地記得最初會出現的一些突發(fā)狀況。當時為了拍掃描電子顯微鏡，他們需要把水凝膠收縮、脫水，收縮完的體積不到1毫米，這么小的東西其實極難操作。“我們用鑷子夾起它往基底上貼時，它啪地一下掉了，我們趕緊趴在桌子上地毯式搜尋了好久。這事一旦發(fā)生，能不能找到全憑運氣。找不到的話幾個小時的實驗時間就浪費了。”韓飛說。除了收縮遇阻外，脫水干燥也不容易。水凝膠很黏，看起來像果凍一樣，如果要想保持水凝膠的形狀，太快、太慢脫水都不行。“我們在機械系，沒有專業(yè)的化學實驗室。甚至實驗的絕大多數器材比如離心機、加熱板、磁力攪拌器等都是我來到陳老師這邊之后購買的。實驗室也不是恒溫恒濕的。而這項研究的實驗恰好貫穿了整個春夏秋冬，實驗室的溫度和濕度一直在變，水凝膠干燥的速度也會變，導致初期實驗經常失敗。”韓飛表示。最初的成功率還不到50%，直到后來谷松韻發(fā)明出懸掛干燥法，問題才迎刃而解。谷松韻總能設計出一些非常巧妙的方法解決問題，并且具有扎實的專業(yè)知識和主觀能動性，這都令韓飛很是欣賞。而在谷松韻的眼里，韓飛具有前瞻性的眼光，看得長遠，而且在他的科研歷程里，韓飛還起到了很強的引導作用。“韓博在兩年前剛接觸課題時就說，如果他的設計思路正確，最終能夠實現他預計的普適性，那就一定是個Science級別的工作，我剛聽說的時候也不是沒有懷疑過。”能在科研道路上找到專業(yè)知識和技能都非?；パa的搭檔絕非易事，所以兩人希望未來能繼續(xù)在學術上開展合作，結合彼此的專業(yè)背景發(fā)揮出“1+1＞2”的作用，在無窮的科學世界里碰撞出更多的火花。https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm8420http://science.sciencemag.org/content/366/6461/105
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【資料圖】
