早人物:南大材料科学家陈晓东——蚕丝化作人造肤草木心跳细聆听

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走进实验室时,迎面而来的不仅仅只有传统实验室里那些冷冰冰的精密仪器,还隐约可以闻到一股温润的植物与泥土混合的清香。

在马克斯普朗克—南大人工感知联合实验室内,靠着墙面大大的架子上,错落有致地摆放着一排排小小的不同的绿植。明晃晃的荧光灯下,一株株嫩绿的菜心苗正吐露生机,旁边还有一盆盆供基础研究用的拟南芥。

科幻片情节变作现实 以柔克刚研发人工皮肤

南大材料科学与工程学院杰出大学讲席教授陈晓东正在讲解一根根轻薄如蝉翼、宛如蜘蛛丝般的柔性电极,在贴合在一株含羞草的叶柄后,是如何可以测出植物的心声。

监视器屏幕上,视频演示着当工具轻轻触碰含羞草时,一道原本隐匿于植物体内的电信号波形如何瞬间腾跃而起,仿佛植物那微小而真实的“心跳”,被陈晓东团队所研制出的现代科技温柔又清晰地捕捉到了。

陈晓东的马克斯普朗克—南大人工感知联合实验室里,大大的架子上摆放着一排排小小的绿植。他示范如何将柔性电子传感器安装在菜心的叶片上。(张俊杰摄)

这位享誉国际的材料科学家说,在2009年版的科幻电影《阿凡达》中,到了2154年,人们可以通过能够解读植物信号的透视仪器与植物沟通,而他与团队这些年来正在做的,就是把这样的科幻情节逐渐变成现实。用人工电子皮肤解读含羞草和菜心内部的电信号,把信息可视化。

“长期以来,人们对电子设备的认知总是伴随着冰冷、坚硬和复杂的电路。”然而50岁的陈晓东坚信一条简单的哲学——柔能克刚。

“柔能克刚,能够感知那些不易察觉的信号。我们把柔性电子传感器应用于医疗诊断和植物通信上,绝不只是为了满足科学好奇,更是为了读懂活体物体发出的微弱信号,把感知转化为行动,为应对老龄化与气候变化提供切实有效的技术支撑。”

人造皮肤犹如测试纸 开启人与植物电信号对话

用在与植物交流的人工皮肤技术,是陈晓东众多的创新探索中,最引人入胜、也最具未来感的研究。

几年前,他的团队曾将柔性电极附于捕蝇草上,成功实现人与植物之间的电信号收发与“对话”。在最新的研究中,团队更进一步,开发出一种柔性电极阵列,能够实时观察电信号在植物体内的传导。通过眼前熟悉的含羞草和菜心,研究人员能够直观地在监视器上看到,当植物被触摸、刺激,甚至受伤时,电波是如何沿着茎干波动传播的。这种对植物电信息的理解,未来不仅能帮助科学家精准捕捉植物面对环境压力或病害时的反应,更有望为农业生产者提供更早的农作物灾害预警。  

研究人员在马克斯普朗克—南大人工感知联合实验室内,展示由丝蛋白制成的人造皮肤材料。(张俊杰摄)

另外,他和团队所研究的人工皮肤技术还用在其他方面。例如,用于取代动物试验的人工渗透皮肤。

经过近10年的跨界合作,他与美国消费品巨头宝洁(Procter & Gamble) 携手研究出用蚕丝的角蛋白类似物制成的人造皮肤,用来更科学地测试护肤品或化妆品的渗透度。一片片的人造皮肤就像测试纸一样,可以更精确、客观和可量化的测量美容品在渗入皮肤时的吸收速度。 

做科研要有有所为有所不为魄力

陈晓东说,自己从中学时代起就对科学和工程很感兴趣,大学选择化学专业,本科就读于福州大学,之后在中国科学院化学研究所攻读硕士学位。完成硕士学位后,原本计划去美国深造,但签证被拒,因此转往德国明斯特大学攻读生物化学博士学位。2006年博士毕业后,到美国西北大学从事博士后研究,并在2009年加入南大,开启独立科研生涯。

他指出,自己最早的研究偏向传统的化学分子层面,后来希望转向更具工程化、偏材料科学且“能用”的东西。正好当时南大材料系有个合适的机会,便于2009年1月正式入职南大。

当年求职时,他原本考虑回到德国继续做研究,但碰巧知道在新加坡有机会。他通过了国立研究基金会研究员奖学金(NRF Fellowship)的选拔,成为第二批的奖学金得主之一,由此加入了南大。

这项奖学金是针对早期青年学者最具含金量和竞争力的科研资助计划之一,旨在吸引和培养科学与技术领域的未来科研领军人物。 

初到南大的几年里,陈晓东不断探索适合自己的科研方向,到了2013年逐渐明确自己的研究方向为柔性电子学(flexible electronics),并于2017年成立了南大柔性器件创新中心(iFLEX)。随后,他进一步聚焦柔性材料的研发,柔性电子器件集成制造和相关的应用,秉持“有所为,有所不为”的原则,主动放弃一些关联不大的研究领域。

“做科研不仅要敢于开拓,也要具备‘有所为,有所不为’的魄力。2016年后,我们主动舍弃了一些虽然能发文章、但偏离核心方向的研究,将有限的精力和资源集中于柔性电子学和关键器件的研发。”

陈晓东教授的另外一个实验室iFLEX: 柔性器件创新中心,实验室里制造出来的器件,比头发丝还细。(张俊杰摄)

不当科技是生硬外物 而是融入身体与自然

目前,他和团队的研究重点涵盖可穿戴传感器制造、医学健康应用与探索植物语言这三大核心方向,并深信科研不能总走老路,必须敢于跨界去探索自然界中未被解答的语言。

自2009年加入南大以来,陈晓东一直致力于开拓“软电子”领域,让电子设备能够像人类皮肤和生物组织一样弯曲、拉伸并自然贴合。在他的实验室里,科技不再是生硬的外物,而是能够融入身体与自然环境的延伸。无论是可贴附于人体的超薄传感器、包裹器官的柔性电极,还是能检测微小压力差的电子手套,他的团队开发的技术让电子产品具备了细腻的触觉。

因为陈晓东在柔性材料和柔性电子学等研究领域的杰出贡献,他于2021年荣获新加坡总统科学奖。他也在2022年当选新加坡国家科学院院士,2024年当选德国国家科学院院士,并于2025年获选英国皇家学会院士。

研究人员在iFLEX: 柔性器件创新中心实验室内展示可拉伸电子器件。(张俊杰摄)

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陈晓东坦言,跨学科的探索从来不是一条轻松的坦途。从早期的化学基础研究到如今的软电子与植物电生理交织,每一次跨界都意味着要打破既有的认知壁垒,去适应完全不同的学术语境和技术挑战。

然而,正是这种不给自己设限的勇气与对未知世界的好奇心,支撑着他和团队在实验室里不断突破极限。他始终相信,真正的科学创新不仅需要严谨求实的态度,更需要有一份将冷冰冰的技术转化为关怀人类与自然的温情。

从来自福建主修化学的学生到享誉国际的跨学科领军人物,从莆田走到狮城满是绿植的实验室,陈晓东正用一根根柔软的电极,重新勾勒未来科技与生命的关系。正如他的探索所显示,科技的极致,往往是让它像生命一样自然地呼吸。

陈晓东教授在17年前与妻子和当年只有1岁的女儿来到新加坡,后来又在新加坡生下儿子。(受访者提供)

莆田人扎根狮城 下南洋尤感亲切

陈晓东的求学与人生足迹,本身就像一场跨越版图的远征。他的家乡是福建莆田,而他的妻子则来自黑龙江。原本老家在中国一南一北的两人,在德国留学期间相遇、相知,随后又到了美国继续深造,结婚后迎来了第一个孩子。

问他为什么会到新加坡来定居,他感慨地说,其实18年前当决定接受南大的聘用到新加坡任职后,他和妻子第一次来新加坡。

“那是我们第一次踏上新加坡的土地,在此之前,我们从来没有来过这个国家。”

在女儿刚满1岁那年,陈晓东带着妻女,还有一家人对未来的憧憬来到新加坡,一住便是17年。

陈晓东笑着说,虽然从来没有来过新加坡,但是生长在福建的他,从小就听过许多关于下南洋打拼的故事,对这块远在南洋的土地,在他未涉足前,就抱有一种难以言喻的亲切感。

兼备严谨专研刻苦精神叙事能力

他是莆田人,对于同样以华人为主、充满南洋文化氛围的新加坡,他适应得非常快,几乎没有文化陌生感,自己抵达几天后,便感觉融入了本地环境。

“现在,新加坡不仅成了我们的家,两个孩子也在这里茁壮成长。”他笑着说:“我居住在新加坡的时间,甚至比待在自己的家乡莆田还要久。”

陈晓东的妻子原本也是一名科学家,后来为了全力支持家庭与孩子的成长,选择当全职妈妈。如今,全家早已成为新加坡公民,18岁的女儿和16岁的儿子在本地中学念书。全家都深深扎根在这片多元文化的土地上。

走过世界多个国家,曾经有位导师告诉陈晓东,他身上具备了华人的刻苦精神、德国人的严谨专研以及美国人那种懂得叙事的能力。陈晓东认为,新加坡是一个包容多元的社会,同时也是一个允许他发挥所长和特色的舞台。

陈晓东(中)获颁德国国家科学院院士证书。

大学教育绝不会被科技与AI淘汰

手握超过70项研究专利的陈晓东,既是引领许多学生探索未来前沿科技的科学家,也是课堂中耐心启迪学生的导师。

谈及自己最喜爱的身份,他毫不犹豫地选择了“老师”。他笑言,希望自己能够早日实现心中“双一百”的职业目标,培养出100个博士生以及100个教授。

当记者问他在人工智能(AI)时代,大学教育是否会被科技淘汰?他非常肯定地说,不会!在他看来,大学是人生中至关重要的学习阶段。

提供精神引导与互动 大学让优秀的人彼此激发

他认为,大学不仅仅是传授知识的场所,更是人与人真实相遇、面对面交流的重要空间。此外,大学极关键的作用在于为学生树立榜样与给予他们精神激励。正如科学界有牛顿、爱因斯坦等巨匠一样,学生在人生不同阶段也需要榜样照亮前路。当他们在求学路上遇到挫折和困难时,榜样的力量会给予他们无形的鼓舞,让他们坚定信念:“既然别人能做到,我也能够做到。”

因此,无论AI未来如何迅猛发展,它本质上终究只是一个工具,大学在塑造人格、启迪心智、凝聚社群和提供精神引导等方面的价值,始终无可替代。 

他强调:“大学最重要的就是三点,‘人、人、人’(People, People, and People)。第一个‘人’,是汇聚优秀的人;第二个‘人’是让不同背景、不同学科的人相遇碰撞;第三个‘人’,是以包容、支持的环境成就每一个人。

“知识可以借助技术获取,但人与人之间的启发、榜样带来的力量,以及共同探索未知的勇气,是人工智能无法取代的。大学真正的价值,就是让一群优秀的人彼此激发、共同成长,一起完成单靠一个人无法完成的事情。”