今年5月，一篇歷時5年的研究發表于Science正刊。這是通訊作者雷霆自2018年回國以來，長期攻關的交叉學科研究。當初回到北京大學時，他沒有想到，這篇文章會經歷5年攻關、3輪審稿和1輪大修。最終，呈現在Science的論文標題僅有3個單詞：N-type semiconducting hydrogeln（n型半導體水凝膠）。雷霆認為，這項研究系國際首創，3個單詞足以凸顯創新性與廣泛性。“發表論文不是最重要的，重要的是搭建一個交叉學科平臺。”在這位歸國6年的科學家看來，“長期主義”更值得信奉。
2018年春天，雷霆從美國回到北京大學，擔任特聘研究員。看著“@pku.edu.cn”為后綴的郵箱，雷霆不禁回憶起本科、博士期間在北大的求學時光。那時，他跟隨化學與分子工程學院教授裴堅開啟了研究之路。如今歸國，雷霆希望能在母校實現自己的新想法，做點“不一樣的研究”。他把目光瞄準化學基礎、電子器件、生物醫學工程三個領域的交叉點，希望能找到一種理想的新材料。這種新材料首先要足夠柔軟，具有生物相容性，才能適應人體組織。在生物工程領域，“果凍”般的水凝膠就符合這些要求，愛美人士注射的玻尿酸就是水凝膠的應用之一。然而，傳統水凝膠不具備電子導電的性質，不能像電子器件那樣捕捉生物體內的微弱電信號。最初兩年，雷霆團隊的研究進展頗為順利，他們開發了一種特殊的有機電子材料，結構和性能都具有優勢。最大的問題是，這種材料在水中不能穩定工作，只能被視為一次性材料。當時，雷霆的“開山弟子”、論文第一作者李佩雲嘗試了無數方法來增強材料穩定性，但光照、加熱等都無法解決這一問題。直到2022年11月，李佩雲在實驗中意外發現，在新材料水溶液中加入一種含陰離子的水溶性交聯劑后，溶液析出了凝膠狀固體。“這可能是一種水凝膠！”雷霆敏銳地意識到，這種新型材料可能兼具水凝膠和半導體的性質，將在生物醫學領域具有廣泛應用前景。然而，當時這一問題在國際上幾乎沒有研究，雷霆團隊也不具備水凝膠的研究背景和生物實驗的條件。為此，雷霆聯系上清華大學戴小川課題組、北京大學呂世賢課題組和國家納米中心朱嘉課題組，分別參與動物實驗、細胞實驗和能帶計算研究。
盡管清華與北大只有“一墻之隔”，但跨校做實驗仍有不便之處。本文第一作者孫文熙介紹，由于實驗設備造價不菲，他們常常扛上20多斤的儀器到清華實驗室搭建實驗設備。這項持續半年的勞動，讓一身“腱子肉”有了用武之地。今年5月，這項通力合作的研究發表于Science雜志。與絕大部分發表于CNS等頂刊的論文標題不同，雷霆團隊的這篇論文標題尤其簡潔，只有3個單詞：n型半導體水凝膠。“3個單詞，足以凸顯我們工作的內容。”雷霆自信地說。在投稿前，團隊也嘗試過更長的標題，但雷霆認為，這是國際上首次提出半導體水凝膠的研究，不需要復雜的定語來描述，標題變長反而限制了文章的首創性和廣泛性。這篇填補國際空白的研究，審稿階段頗為曲折，曾一度被Science編輯部“拒稿”，在論文大修后被順利接收。2023年6月底，雷霆團隊第一次向Science提交投稿。僅僅兩周后，編輯部就啟動送審流程，其中一位審稿人的反饋相當積極，另一位提出了幾個修改意見，并給出6周的修改時間。很快，雷霆團隊補充了實驗并再次提交。由于該研究屬于交叉學科，編輯部在第二輪審稿中增加了一位審稿人，對方給出了較為正面的評價，但此時第二位審稿人卻提出了新的觀點。這輪審稿的郵件反饋中，赫然寫著“拒稿（Reject）”。“其實最早投稿時，我沒敢抱著發表的信心，能送審就已經很開心了。”然而，在收到拒稿信的那一刻，李佩雲和孫文熙仍有掩飾不住的失落。那時，導師雷霆反而保持樂觀：“審稿人提意見不是壞事，只要不質疑研究的新穎性和科學性，就有修改發表的機會。”經過近兩個月的修改，團隊以重新投遞的形式，啟動了第三輪審稿。這一次，3位不同方向的審稿人都認可了這項跨學科研究，編輯部終于接收了稿件。論文見刊后，雷霆驚喜地發現，這項研究獲得了Science編輯部和專家的隨刊評論。 “Li等人創建的n型半導體水凝膠為生物電子-組織界面的原位計算鋪平了道路，并引導研究在下一代水凝膠生物電子學中實現半導體功能。”Science編輯Marc Lavine和行業專家Dace Gao與 Simone Fabiano對該項工作進行了評述。此外，國際頂尖綜述期刊Nature Review Materials的編輯也與團隊聯系，希望對該工作進行亮點報道。“在交叉學科領域，很難同時得到所有領域專家的認可，因此更考驗工作本身的質量。”雷霆感慨。
在課題組的學生們眼里，導師雷霆是個實打實的“學術e人”。這種外向型科學家擅長溝通交流，并能從學術交流中獲得能量。他所在的材料科學與工程學院是一個新興整合學院，由于辦公樓空間緊張，學院便將研究員和學生安排在同一間辦公室。辦公室外間分布著學生的“工位”，僅有幾步之遙，就能邁進導師的辦公室。雷霆的辦公室不大，只有桌椅與一張小沙發。“在這里，我總能第一時間和同學們溝通問題。”雷霆介紹，這種辦公室布局能夠提高效率，讓導師和學生之間沒有距離感。孫文熙同學卻更像“學術i人”，平時不會經常找老師討論，更習慣用周報方式與導師交流。好在雷霆沒有“學術拖延癥”，郵件在手機上即看即回復，即使是耗時耗力的論文修改意見，也大多都在一周內反饋。孫文熙回憶，在申請博士時，前后發了十幾封郵件作自我介紹，但只有雷老師第一時間回復郵件，明確說明自己今年有博士名額，還安排了線上面試。在課題組的同學們看來，這樣“事事有回應”的導師，給學生帶來了滿滿的安全感。
“同學們都很優秀，也有更多的選擇，所以我也得表現出積極的態度。”雷霆笑道。雖然在同一間辦公室，但化學、電子和生物工程的實驗室分散在校園的各個角落，分散的工作環境使得課題組的工作節奏較為自由。雷霆認為，每位同學應該根據自己的學術目標、訴求來安排工作。雷霆說，科研進展應該是靠自驅力實現的。“和導師一個辦公室，剛開始還有點小緊張。”李佩雲笑著說，不過時間久了就會發現，導師不僅完全沒有架子，而且這種溝通模式效率非常高，任何問題都能及時討論、解決。目前，學院正在為研究員們安排更寬敞、更獨立的辦公室，但雷霆仍想保持當前的交流模式，不太愿意離開這方小天地。如今，雷霆已在北大求學、任教15年。在那間小小的辦公室里，雷霆工作之余常常眺望窗外，那里有成蔭的綠樹與北大標志性的黛瓦紅墻。他常回憶起2017年底，那時他還在美國斯坦福大學擔任博士后，導師是業內赫赫有名的鮑哲南院士。當時，他可以獲得海外高校、企業的工作，但他最終決定回到中國，回到北大。在雷霆看來，31歲的自己作出了一個正確的決定，原因有三。在雷霆看來，國內不同學科的交叉、融合仍方興未艾，而國內近20年科研經費增長迅速，為自己這樣具有化學和電子器件背景、計劃開展生物電子應用的“跨界科學家”帶來新的機會。“從我2013年到美國，就觀察到越來越多制造業的撤離，同時也伴隨著投資人的撤離。”雷霆感慨，對于材料和電子行業來說，上下游產業鏈至關重要，而國內在“騰籠換鳥”的同時，能保障完善的制造需求，讓前沿科技不停留于概念。他舉例說，1987年華人科學家鄧青云在美國發明有機發光二極管，日本首先實現實驗性屏幕生產。而最終實現量產的國家，是當時擁有豐富顯示設備制造基礎的韓國。如今，中國已經成為世界手機制造中心，更是電動汽車、鋰電池、太陽能電池“新三樣”的重要制造地。觀察雷霆課題組的主頁不難發現，近兩年正是團隊的“成果井噴期”，僅今年上半年就有4項成果見刊，但雷霆認為，發表不是最重要的，更重要的是6年來的團隊布局。2018年回國至今，雷霆課題組已吸引了近20位學生，其中約1/3專業為化學基礎、1/3擅長器件加工，還有1/3專攻生物醫學等應用場景。例如，最新這篇Science論文的第一作者李佩雲本科在華中科技大學就讀功能材料學專業，而孫文熙的興趣點則在于器件加工和生物醫學工程應用。“做研究講究長期主義，搭建一個學術平臺、選擇一個合適的方向，遠比發表一兩篇論文更重要。”雷霆說。https://doi.org/10.1126/science.adj4397
