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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(xué)多尺度精密儀器實(shí)驗(yàn)室的博士后，他學(xué)術(shù)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(shí)驗(yàn)，他們卻能樂此不疲，在無盡的科學(xué)探索里感到趣味盎然，并取得令人振奮的成果。即使在經(jīng)歷波折且痛苦的投稿過程時，他們?nèi)詧?jiān)持一往無前。為了“征服”審稿人，他們不分晝夜地在實(shí)驗(yàn)室忙碌，在歷時一年零一個月的四輪修改中補(bǔ)了69頁、近28000字的回復(fù)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(xué)術(shù)生涯里的首篇Science，也是谷松韻以一作身份發(fā)表的首篇學(xué)術(shù)論文。香港中文大學(xué)教授陳世祈和美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)副教授招泳欣為論文共同通訊作者。這項(xiàng)研究始于“一面之緣”，仿佛一切都是命運(yùn)的安排。 2019年，陳世祈作為受邀演講者訪問卡內(nèi)基梅隆大學(xué)，與招泳欣進(jìn)行了一次影響深遠(yuǎn)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(tuán)隊(duì)剛剛發(fā)在Science上的一項(xiàng)重大成果——飛秒鐳射投影雙光子聚合光刻（FP-TPL）3D打印技術(shù)，備受震撼。“這是一種可以在納米尺度上用投影方式進(jìn)行打印的3D打印技術(shù)，打印速度提升1000倍，打破世界紀(jì)錄，可節(jié)省98%的打印成本。”陳世祈在接受《中國科學(xué)報》采訪時介紹。“我的生物光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室主打膨脹顯微鏡技術(shù)，對水凝膠很熟悉。談話結(jié)束后，我和陳老師一拍即合，想聯(lián)合雙方的技術(shù)優(yōu)勢和專業(yè)知識來實(shí)現(xiàn)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(xué)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(fù)雜的圖案，用肉眼很難看清，但當(dāng)你把氣球吹大后，圖案便清晰可見。而研究團(tuán)隊(duì)的做法則是反其道行之。他們從麻省理工學(xué)院2018年在Science上發(fā)的一篇論文里獲得了靈感，認(rèn)為用收縮水凝膠來得到超高分辨率納米結(jié)構(gòu)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(biāo)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(tuán)隊(duì)開始實(shí)驗(yàn)后才發(fā)現(xiàn)之前的方法存在諸多局限。“當(dāng)我在復(fù)現(xiàn)那項(xiàng)研究時，發(fā)現(xiàn)了很多不一樣并且難以解釋的現(xiàn)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)一時遇到了瓶頸。”谷松韻在接受《中國科學(xué)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(jī)會，松韻發(fā)現(xiàn)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(xué)報》采訪時說。韓飛從納米化學(xué)的角度出發(fā)，提出這可能是一種新的自組裝現(xiàn)象，可以采用納米化學(xué)的知識設(shè)計(jì)一些動力學(xué)手段對其進(jìn)行精密調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)從分子或納米顆粒出發(fā)，利用自組裝直接構(gòu)建任意目標(biāo)材料的任意3D納米結(jié)構(gòu)的目的。他們最終確定由納米顆粒大小產(chǎn)生的空間位阻、和材料親水性影響的氫鍵這兩種動力學(xué)因素的結(jié)合可對這種自組裝過程實(shí)現(xiàn)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(nèi)在性質(zhì)，并且所有可分散于水中的材料都具有親水性，這種設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)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(xì)節(jié)。包括收縮的條件，比如在有機(jī)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(diào)控等手段進(jìn)一步微調(diào)和優(yōu)化自組裝過程。“這也是納米合成化學(xué)的機(jī)理第一次深度應(yīng)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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)電。因?yàn)槠湟蕾嚨募す庾饔煤蛣恿W(xué)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(xiàng)研究的一大亮點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)共試過17種理化性質(zhì)完全不同的材料，都可以用這一方法打印。該技術(shù)展現(xiàn)出了在加密光存儲中的應(yīng)用前景。“根據(jù)我們的研究結(jié)果，這項(xiàng)技術(shù)可以在一立方厘米的空間中存儲5PB的信息，這相當(dāng)于是美國所有學(xué)術(shù)研究圖書館總量的2.5倍。”招泳欣說。這項(xiàng)成果為設(shè)計(jì)復(fù)雜的納米器件打開了新世界的大門，團(tuán)隊(duì)未來的目標(biāo)是用多種材料構(gòu)建功能性納米器件。“我們希望利用這項(xiàng)新技術(shù)來制造功能性納米設(shè)備，比如納米電路、納米生物傳感器，甚至是用于不同應(yīng)用的納米機(jī)器人。”陳世祈表示。補(bǔ)了69頁、近2.8萬字的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
和許多能夠投頂級期刊的研究相比，這項(xiàng)課題耗費(fèi)的時間其實(shí)并不算很長。雖然每位團(tuán)隊(duì)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(jīng)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(shè)計(jì)、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(rèn)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(xì)回答的問題。文章被拒只是一個開始，接下來是漫長而糾結(jié)的“過山車”之旅。“我們仔細(xì)研究了審稿人一的意見，發(fā)現(xiàn)可以通過一些實(shí)驗(yàn)來反駁他的質(zhì)疑。但審稿人二對我們的工作其實(shí)存在比較嚴(yán)重的誤解，我們采用的是全新的納米化學(xué)里的動力學(xué)控制手段去實(shí)現(xiàn)材料的普適性，但其中的機(jī)理需要有一定化學(xué)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(jī)理上創(chuàng)新性。”韓飛說。研究團(tuán)隊(duì)給期刊編輯寫了一封長郵件，申訴相關(guān)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(jī)會。沒說的，必須抓住這一線生機(jī)。他們花了數(shù)月時間補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，以及準(zhǔn)備申訴的回復(fù)。“兩個月沒日沒夜地補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，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(xué)校也可以做，我們加夜班抓緊補(bǔ)完了實(shí)驗(yàn)，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(dāng)時回內(nèi)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(fù)。“隔離點(diǎn)其實(shí)是很好的讓人靜心的環(huán)境，現(xiàn)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(nèi)容，把所有可能需要解釋的細(xì)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(jù)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(fù)。”待導(dǎo)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(jié)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(jīng)常安慰他們，告訴他們不用太著急，因?yàn)橥ǔcience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(dá)到在Science發(fā)表的水準(zhǔn)，但仍需補(bǔ)充一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。審稿人二很看好文章中的光儲存應(yīng)用，但指出目前做的效果與別人做的效果并未拉開本質(zhì)差距。而審稿人三只提了一個問題，并表示只要把實(shí)驗(yàn)補(bǔ)完就可以了。
韓飛和谷松韻分別在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和光學(xué)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)
焦點(diǎn)再次回到補(bǔ)實(shí)驗(yàn)。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(jī)票。為了讓審稿人滿意，韓飛和谷松韻又將許多實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行完善，回復(fù)內(nèi)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(bǔ)充的內(nèi)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(xì)地回復(fù)了一遍，這一次的內(nèi)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(rèn)為我們的文章已經(jīng)達(dá)到了發(fā)表水準(zhǔn)。”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(fù)。谷松韻用一句話來形容：“跟當(dāng)年高考結(jié)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(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，兩人都是“拼命三郎”。韓飛在接受采訪時感慨，這應(yīng)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(jì)可以趁著春節(jié)休息幾天，到初四再來做實(shí)驗(yàn)。結(jié)果，初二那天，兩人都不約而同地出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室，相互問候春節(jié)快樂之后，繼續(xù)投入到實(shí)驗(yàn)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(bǔ)，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(xué)軌跡。韓飛高三便已出國，并且拿到新加坡政府全額獎學(xué)金，在南洋理工大學(xué)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(xué)位，進(jìn)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(jìn)入浙江大學(xué)竺可楨榮譽(yù)學(xué)院和光電科學(xué)與工程學(xué)院，畢業(yè)后直接到香港中文大學(xué)讀博。“因?yàn)槲覀兊膶I(yè)完全互補(bǔ)，一個主打納米和化學(xué)領(lǐng)域，一個擅長搭建光學(xué)平臺，所以在做這項(xiàng)研究時效率很高。用光學(xué)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(xué)和機(jī)理相關(guān)的部分則是我的專長。”韓飛說。兩人選擇導(dǎo)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(xué)生做的各種課題都會全力支持，課題組的學(xué)生實(shí)現(xiàn)了充分的科研自由，這對我們實(shí)驗(yàn)的開展非常重要。”韓飛舉了一個事例：“有些實(shí)驗(yàn)需要到物理系實(shí)驗(yàn)室完成，其中有一個表征要用到離子束切割，相應(yīng)的儀器使用費(fèi)很貴，每小時要花七八百港幣，而每拍一個樣品得耗費(fèi)一下午的時間。當(dāng)時拍了30多個小時，只這一項(xiàng)就花了陳老師幾萬塊錢，更不用說其他表征和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jīng)驗(yàn)，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(xiàn)的一些突發(fā)狀況。當(dāng)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(shí)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(yùn)氣。找不到的話幾個小時的實(shí)驗(yàn)時間就浪費(fèi)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(jī)械系，沒有專業(yè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。甚至實(shí)驗(yàn)的絕大多數(shù)器材比如離心機(jī)、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(shí)驗(yàn)室也不是恒溫恒濕的。而這項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)恰好貫穿了整個春夏秋冬，實(shí)驗(yàn)室的溫度和濕度一直在變，水凝膠干燥的速度也會變，導(dǎo)致初期實(shí)驗(yàn)經(jīng)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(shè)計(jì)出一些非常巧妙的方法解決問題，并且具有扎實(shí)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(yuǎn)，而且在他的科研歷程里，韓飛還起到了很強(qiáng)的引導(dǎo)作用。“韓博在兩年前剛接觸課題時就說，如果他的設(shè)計(jì)思路正確，最終能夠?qū)崿F(xiàn)他預(yù)計(jì)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)知識和技能都非常互補(bǔ)的搭檔絕非易事，所以兩人希望未來能繼續(xù)在學(xué)術(shù)上開展合作，結(jié)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(xué)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】
