來源：【浙江融媒體】

12月27日，2023達摩院青橙獎公布，常林、馮毅、龐全全、王鑫、王睿、楊宗銀等15位中國青年科學(xué)家獲獎。他們每人將獲得由阿里巴巴公益專項支持、可自由支配的100萬元獎金。

達摩院青橙獎旨在發(fā)掘和幫助更多對科技進步有重要推動作用的35歲以下中國青年科學(xué)家，鼓勵他們在重大科研攻堅中挑大梁，發(fā)揮榜樣作用，帶動更多人關(guān)注和投身科學(xué)研究。

同時，30位青年學(xué)者獲得了2023達摩院青橙獎最具潛力獎，他們將獲得10萬元獎金。

潮新聞記者采訪了浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院研究員楊宗銀，看看這位青橙獎得主又有什么樣的故事。

《西游記》中孫悟空對著一萬三千五百斤的定海神針喊著“變小，變小，變小”，變成可放入耳朵里的如意金箍棒。

在浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院“百人計劃”研究員楊宗銀的桌子上放著兩臺光譜儀，一臺像個老式電視機，一臺只有飲料瓶蓋大小。他做的就像孫悟空的“變小”魔法。

楊宗銀研發(fā)的微型光譜儀尺寸僅幾十微米，不需要孤立的分光和探測元件，是目前市面上最小光譜儀的千分之一。與動輒上萬元的光譜儀相比，這款微型光譜儀價格低至50元以內(nèi)，通過進一步開發(fā)，可內(nèi)嵌到手機、無人機以及可穿戴設(shè)備中。未來，用手機掃一掃，檢測一下蔬菜瓜果的新鮮度，農(nóng)藥殘留，“讀出”牛奶里是否含有三聚氰胺，血糖指數(shù)實時無創(chuàng)檢測……這些科幻片里的情景，很可能變成現(xiàn)實。

早上信心十足去實驗室晚上垂頭喪氣回來

150次失敗后終于做出那道“彩虹”

“肉眼所見的世界，并非真實的世界，只是紅綠藍三色在我們腦海中的投影?！?666年，牛頓發(fā)現(xiàn)太陽光通過棱鏡的折射后可觀察到更多光譜色，這個實驗推動了光譜儀的誕生。

憑借光譜儀這一工具，人類掌握一種新的精確探測物質(zhì)的能力。光譜儀在科研和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，大部分光譜儀體積龐大，工作原理仍和牛頓當(dāng)年的實驗相似，已無法滿足日益發(fā)展的光譜應(yīng)用技術(shù)需求。但是減小分光和探測元件的尺寸將導(dǎo)致光譜儀檢測質(zhì)量顯著下降，光譜儀微型化是目前科技界面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

300多年后，一名來自中國浙江的年輕學(xué)子負笈劍橋，來到牛頓曾靈感迸發(fā)的地方。在這里，他突發(fā)奇想，希望研制出一種新型的納米線材料，進而突破在微米尺度上實現(xiàn)大光譜范圍色散的科學(xué)難題，解決傳統(tǒng)光譜儀小尺寸與高性能無法兼具的挑戰(zhàn)。

這樣一個比頭發(fā)絲直徑還小千倍的器件，楊宗銀前前后后研究了8年，失敗了150次。最初的研發(fā)要從“一根彩虹” 開始。2011年，在浙大讀研期間，楊宗銀和師兄一起在世界上首次報道了生長帶隙漸變納米線的方法，這種技術(shù)得出的納米線，在熒光顯微鏡下看起來就像一道彩虹。當(dāng)時，他猜想這種材料或許可用于分析光譜，由于當(dāng)時條件不足，這項研究被迫擱置。

2014年，楊宗銀到劍橋讀博。“當(dāng)時去到劍橋的時候也非常激動，看到那棵砸中牛頓的蘋果樹后代就種在劍橋三一學(xué)院門口。當(dāng)時很震撼，離夢想中的科學(xué)家這么近。我們當(dāng)時發(fā)表的那篇Science論文，劍橋大學(xué)新聞稿標題就是超越牛頓光學(xué)實驗的極限，就在牛頓光學(xué)的基礎(chǔ)上做的更小，確實是有受他這個啟發(fā)，而且剛好是在劍橋，這個確實冥冥中有所關(guān)聯(lián)的?！?/p>

2018年夏天，還在劍橋讀博的楊宗銀，碰到了一個難題，他在物理層面做到極致的微型光譜儀，還是測不到需要的結(jié)果。再做不出來，他的博士畢業(yè)論文都要懸了。面對未知的結(jié)果和畢業(yè)的壓力，他曾一度陷入迷茫。在妻子的鼓勵和自己的堅持下，他心有不甘地再次嘗試，并開始有一點起色。

回顧那段歲月，楊宗銀每天都是劍橋大學(xué)電子工程系實驗樓最晚走的那個人，“很煎熬也很值得”，這培養(yǎng)了其日后沉下心來做科研的品格。

“每天晚上大概10點多做完實驗，騎車穿過燈紅酒綠的劍橋市中心，看到大家都穿得很漂亮，在酒吧放松。內(nèi)心也會動搖，是否沒有融入當(dāng)?shù)厣?。但一想到，如果有可能把這個工作做出來，就能開拓一個新的領(lǐng)域，就很興奮地騎車回家，然后第二天又信心滿滿得去實驗室?！?/p>

有一天早上跑步的時候，一位博士朋友告訴他，會不會是算法層面需要優(yōu)化。無心插柳柳成蔭，他把算法優(yōu)化后，8 月中旬的一個深夜，他去測試最后一個樣品，結(jié)果剛好和商用光譜儀完全對的上。憶起那個“勝利之夜”，他曾說：“那一刻百感交集，想到這幾年的種種經(jīng)歷，一個人在實驗室呆坐了好久好久?！?/p>

有了這個好結(jié)果，他開始寫論文，寫好的那一周，恰逢女兒出生。而在后面，他給論文準備了三十頁的回復(fù)，Science 編輯直接接受，論文僅用兩個月就被收錄和發(fā)表。Science的編輯評價這項成果是“世界上最先進的材料合成，最高超的實驗技巧，最巧妙的算法”， 讓中國在光譜儀微型化領(lǐng)域走在了世界前列。

楊宗銀最終研發(fā)出的微型光譜儀尺寸僅幾十微米，不需要孤立的分光和探測元件，是目前市面上最小光譜儀的千分之一?！坝捎跇O小的尺寸，該光譜儀可應(yīng)用于單細胞高光譜成像、光譜監(jiān)測和篩選?！睏钭阢y略帶激動地說道。

成本降千倍

微型光譜儀可用于無創(chuàng)血糖檢測

在楊宗銀的實驗室里，有幾個微型光譜儀，他把手機屏幕靠近微型光譜儀，系統(tǒng)顯示了紅綠藍三種顏色出現(xiàn)峰值，用白熾燈照射，馬上出現(xiàn)了新的光譜曲線。

他目前專注于將光譜儀微型化的成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，無創(chuàng)血糖檢測是核心應(yīng)用場景之一。由于親友中有糖尿病患者，楊宗銀看到糖尿病人在生活上的諸多不便，“每天都要扎手，這個真的很難受，中國的糖尿病人有上億之多，希望光譜儀的技術(shù)能夠推廣下去，真正幫助到他們?！?/p>

除了糖尿病的初診，后續(xù)治療過程也需要患者頻繁監(jiān)測血糖。醫(yī)務(wù)人員一般采用靜脈血來檢驗，而在家庭監(jiān)測中，以指尖釆血血糖儀為主。盡管血糖智能監(jiān)測技術(shù)比較成熟，相關(guān)的CGM產(chǎn)品品類較為豐富，但是需要侵入性操作，而且需要定期更換探頭使用成本高，普及度并不高。因此，便捷且無創(chuàng)的血糖測試一直是困擾醫(yī)學(xué)界的世界性難題。

研究發(fā)現(xiàn)，紅外光譜技術(shù)可用于無創(chuàng)血糖檢測。紅外光譜是一種分子吸收光譜，是用于鑒定有機物和生物樣品成分的精確分析方法，可對有機物進行定性和定量的檢測。此過程無需樣品制備，也無需血液、試劑或一次性塑料耗材。儀器可直接識別皮膚中和血糖相關(guān)的光譜，幾秒鐘內(nèi)得出血糖的檢測結(jié)果。

2019 年論文發(fā)表后至今，楊宗銀對原有光譜儀做了改進，以前它只是單點的光譜儀，只能對一個點做光譜測量，現(xiàn)在已可以集成到手機商用攝像頭中，并且每個像素點都是一個光譜。

以測試蘋果為例，以前只能測出蘋果局部有些紅或有些綠，但無法測試到顏色呈現(xiàn)的具體位置，而現(xiàn)在的光譜儀版本，可精準獲悉蘋果呈現(xiàn)顏色的具體位置。

此前光譜儀使用非標芯片工藝，現(xiàn)在使用標準芯片工藝，產(chǎn)業(yè)化程度得以提高。制備流程也采用標準流程，成本已降低到十元錢以內(nèi)。

微型光譜儀技術(shù)有一個巨大優(yōu)勢，就是極低的成本及與其他系統(tǒng)的可集成性。要知道，目前市面上最便宜的光譜儀價格近萬元人民幣，而該器件可以低至50元人民幣以內(nèi)，毫無疑問，這將會極大地促進光譜技術(shù)的普及應(yīng)用。

2021年，楊宗銀發(fā)表了其作為第一作者的第二篇《光學(xué)光譜儀的小型化》綜述論文，建立了微型光譜儀的理論和技術(shù)體系，推動了該領(lǐng)域的發(fā)展。

他曾是拆家能手

把收音機電視機拆了造“公雞”鬧鐘

楊宗銀從小并不是一個安分的孩子，一直喜歡做電子機械相關(guān)的一些研究。最喜歡的動漫是機器貓，哆啦A夢。“我覺得這個是我人生的追求，創(chuàng)造更多好玩的發(fā)明?！?/p>

家在溫州蒼南的楊宗銀，從小對各種科學(xué)問題充滿興趣，但當(dāng)時物質(zhì)條件不太豐裕，沒有玩具，他就以拆電器制作小發(fā)明為樂。為此，他也沒少挨父母批評。他總是會把家里收音機、鬧鐘甚至電視等拆開，研究其中的機理?！捌鋵嵑芏鄷r候是因為沒有配件店，所以只能拆東墻補西墻?！睘榇?，他沒少挨爸媽的揍。他利用一個光敏電阻和三極管，制作出隨著光照自動響的鬧鐘、光控?zé)舻刃“l(fā)明，天亮就叫，堪稱“公雞”鬧鐘。他造的遙控小船，可以在小河里乘風(fēng)破浪。

有些偏科的他，理綜考了接近滿分考上浙大應(yīng)用生物系，大二時轉(zhuǎn)專業(yè)到機械專業(yè)，并通過參加機器人競賽、機械設(shè)計競賽等得到了系統(tǒng)訓(xùn)練，實現(xiàn)了小時候的發(fā)明夢想。

在浙大保研時，機械系名額不足，當(dāng)時他剛好遇到光電系的童利民教授，發(fā)現(xiàn)楊宗銀很適合做科研，并像 “撿到寶一樣” 給他爭取到光電系的名額。由于機械系的本科背景，做光電實驗時，他非常得心應(yīng)手。

市面上沒有的設(shè)備，他能直接設(shè)計并制作加工出來，因此他做實驗非常快，有了新想法很快就能做出來?；赝愦笞x書期間的兩次 “命運的安排”，他總結(jié)稱，小時候做機械的想法，并不是對科學(xué)的全面認知，當(dāng)時對科學(xué)的理解就是目之所及的電路，但當(dāng)認知邊界擴展后，他發(fā)現(xiàn)想做出更多前沿科學(xué)成果，就得和光電結(jié)合起來。因為這陰差陽錯的經(jīng)歷，也為他造出“世界最小納米光譜儀”發(fā)明打下了基礎(chǔ)。

西湖，是楊宗銀眼中一個小小的心靈花園。2014 年出國去劍橋讀書前一晚，他說自己是聽著西湖邊的音樂噴泉離開的。讀博結(jié)束后，他自己很想回國，同時也收到浙大的回國邀請。如今，他在浙大玉泉校區(qū)工作，走十幾分鐘就能到西湖。

“你做的研究，要么上貨架，要么進教科書，如果兩點都能做到，人生就真的非常完滿了?！比缃?，楊宗銀在西子湖畔探究著光和電的終極密碼。

潮新聞 記者 張云山

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