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博士期间连发2篇Nature、10篇子刊,入选福布斯U30精英榜单,MIT赵选贺的得意门生!

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  最近,材料学顶级期刊《Nature Materials》上线了一篇题为“Electrical bioadhesive interface for bioelectronics”的文章,麻省理工的博士研究生Hyunwoo Yuk以共同一作的身份通过该论文向世人讲述着他在电子-生物粘附界面领域的突破性进展。这一天,是他加入麻省理工大学终身教授赵选贺老师课题组攻读博士学位的第五个年头。在这五年里,他一共发表SCI论文26篇(7篇一作10篇共一),其中Nature 2篇(1篇一作,1篇共一),Nature Materials 2篇(1篇一作,1篇共一),以及Nature Communications,Science Advances等子刊共8篇。据Google Scholar, 截止本文撰写时,他发表的文章总被引次数超过了3000次,H因子为20。不仅在看的各位学生,甚至部分导师在这一指标上都远远不如他。此外,由于他在生物兼容水凝胶领域的卓越贡献,于2019年入选“30 under 30”精英榜单

  这位冉冉升起的学术小牛到底有何过人之处呢?让我们一起走进Hyunwoo Yuk的奋斗故事

  

  MIT博士研究生,Hyunwoo Yuk

  【学术有传承,小牛的导师是大牛】

  Hyunwoo Yuk的导师赵选贺教授(师从锁志刚院士)。提起他,想必大家应该都非常熟悉了。赵选贺教授是MIT的终身教授,其研究领域包含了机械、材料、生物技术,长期致力于推动人机交互和融合科技,当前研究重点之一是软材料科技在转化医学和水处理领域的应用。Google Scholar显示他发表的文章总被引次数超过了17000次,H因子为63。当前,赵选贺课题组的研究成果已经造成了广泛的社会影响。例如,课题组研制的高韧性水凝胶-弹性体复合材料,作为人体组织模型,已经被美国大部分医院用于训练医生进行医学成像;课题组开发的用于缓解关节疼痛的剪纸(Kirigami)绷带,每年也使得成千上万的患者从中受益。赵选贺博士获得的奖项与荣誉包括:NSF CAREER奖,ONR青年研究员奖,SES青年研究员奖章,ASME Hughes青年研究员奖,Adhesion Society青年科学家奖,Materials Today新星奖和Web of Science高被引科学家等。

  从Hyunwoo Yuk的求学经历来看,2014年以前他一直在韩国科学技术院攻读科学以及机械工程的学士学位。7年求学期间,共发表会议论文2篇,期刊论文1篇。在2014年加入MIT赵选贺老师团队后,论文发表呈现井喷式的增长,仅2020年就已经发表了8篇文章,其中6篇子刊。论文数量和质量的大幅度提升,体现了他科研能力的极大进步,这与他自身的努力不可分割,但不可否认的是,赵选贺教授也功不可没。毕竟,千里马常有,而伯乐不常有。

  【充满热情与创新思想的学术环境】

  除了自身努力和老师的指导之外,学术环境对Hyunwoo Yuk的影响也很大。MIT是美国顶尖的理工学院,在采访中,Hyunwoo Yuk说道:“实际上,MIT里面还有很多我这样的科研达人。这个地方充满了聪明且热情的人。我认为,MIT的协作环境,丰富的资源和联系使这个地方成为了创新思想的摇篮。除了自己的成就与贡献之外,我们每周都会在所有的科学和工程学科中看到其他同行们众多突破性的发现和创新,这才是激发我们每天提出新想法,并加以实践,以使世界变得更美好的强大动力。”

  【当前成果与未来展望】

  目前,Hyunwoo Yuk和他的伙伴们正在研究兼具优异生物相容性以及高机械强度的水凝胶材料。这种水凝胶材料可以粘附到多种材料上,包括陶瓷,橡胶,金属和玻璃等。近日,Hyunwoo Yuk等人设计制备出了一种新型水凝胶,具有高达90%的水含量,提供了非常强的粘附力。Hyunwoo Yuk表示,粘附强度甚至超过了肌腱-骨头界面处自然产生的强粘附力。该研究为水凝胶与其他工程系统结合这一难题提供了简单便利的解决方案,更是拓宽了水凝胶材料在生物医学领域的应用范围。

  【成果梳理】

  如今,Hyunwoo Yuk的学术锋芒正在显露,博士期间2篇Nature、10+篇子刊让人望尘莫及。让我们来看一看他这几年的重大学术成果吧。

  1、Nature Materials:能够牢固粘附在不同表面的水凝胶(第一作者)

  

  内容简介:动物中,肌腱和软骨与骨骼的结合非常坚硬(约800 J m-2的界面韧性),但是在水凝胶和无孔固体表面之间尚未实现这种坚硬的粘附。Hyunwoo Yuk等人提出,通过将固体表面(包括玻璃,硅,陶瓷,钛和铝等)硅烷化,可以将水凝胶的长链聚合物网络共价锚定在无孔的固体表面上。从而实现了将水含量高达90%的透明导电水凝胶,牢固粘合到上述各种固体表面上。与物理相互作用相比,这种化学锚固提供了极高的粘附力,界面韧性值超过了1000 J m-2。

  2、Nature:3D打印磁性智能软机器(共同一作)

  

  内容简介:现有的活性软材料和软机器包括介电橡胶、水凝胶、形状记忆高分子、液晶高弹体以及气压或液压软机器等都有各自的局限性。如何制造可编程的、复杂机构的、对外界刺激做出智能响应的软机器仍是该领域一大挑战。Hyunwoo Yuk等人设计了磁活性3D打印油墨,并用打印的方式控制复杂磁畴的分布和编程。根据此3D打印方法,他们打印了一系列具有任意复杂结构和任意磁畴分布的软机器。编程好的磁畴还能够根据外加磁场旋转,使整个软机器做出快速且复杂的形变。在模型和仿真的指导下,还可以在电脑中反复设计软材料的结构、磁畴的分布以及外磁场加载;在确定设计方案后,一次打印成型。磁性智能软机器的响应速度和功率密度是其他3D打印的活性软材料和机器的10倍以上。该研究对生物医疗、生物芯片、3D打印以及可重构电子等多个领域产生了深远的影响(相关解读: )。

  3、Nature:首创人体双面胶,5秒粘合伤口(第一作者)

  

  内容简介:用作组织粘合的粘合剂通常为液体或者凝胶材料,依赖于分子扩散形成弱相互作用力,但是与组织的匹配性不好,所需黏合时间很长;而且组织表面存在的水分子导致粘合效果不佳。贻贝等动物在湿润环境下也能实现强力的黏附,因为它们能够清除黏附界面的水分子。受此启发,Hyunwoo Yuk等人制备了一种双面胶(dry double-sided tape,DST),通过去除湿润组织界面之间的水分子而形成强力黏附。DST有两个组分,N-羟基丁二酰亚胺酯接枝的聚丙烯酸(PAAc-NHS ester)和明胶、壳聚糖等生物可降解聚合物。带负电的羧基促进DST的水合溶胀,去除界面水,使界面干燥;同时羧基能够和组织表面形成氢键、静电相互作用等;然后NHS基团能够与组织上的伯胺形成共价键,形成稳定的粘合。DST有良好的生物相容性和可调控的降解周期,且溶胀后的DST变成水凝胶材料,整合了高拉伸性和机械损耗,断裂韧性大于1000 Jm-2。Hyunwoo Yuk等人证明DST可将撕裂、漏气的肺叶和气管“补好”;甚至能够将穿孔的、正在向外漏水的胃“修好”,不再漏水。而且,DST还能够让药物释放到组织;在DST基材表面喷印导电油墨还可以制备应变传感器,收集心脏跳动电信号。总而言之,这种DST有着无限的应用潜力。(相关解读: )

  4、Nature Materials:生物电子学粘附界面(共同一作)

  

  内容简介:全球每年有数百万的电子医疗设备被植入到人体中,如心脏起搏器,人工耳蜗和神经电刺激设备等。目前主要通过手术缝合的方式实来现电子设备与组织的连接和集成。但是手术缝合不仅要求极高的操作精密性,且不可避免会造成组织创伤,炎症反应以及结疤等,同时还难以实现连续界面贴合。此外,现有的柔性电子器件常通过范德华力或毛细作用实现集成,在实现动态组织的长期集成方面难度较大。因此,亟待研发一种可靠的方法来实现体内组织与电子器件的有效集成。Hyunwoo Yuk等人报道了一种基于薄层石墨烯纳米复合材料的电子-生物粘合(e-生物粘合)界面,它可以实现生物电子器件在不同的潮湿动态组织上提供快速(5秒内形成粘附)、坚固(界面韧性>400 J m-2)且可按需拆卸的集成。界面处的高导电性(>2.6 S m-1)为双向的生物电子通信提供了可能。基于猪的体外模型和大鼠的体内模型,作者还演示了这种电子-生物粘合界面的生物相容性、适用性、机械和电稳定性、记录和刺激功能。该研究推动了组织设备的集成,提升了生物集成电子设备的性能。(相关解读: )

  面临挑战:虽然成果斐然,Hyunwoo Yuk表示在科研上还有很长的路要走:“如今,大部分的技术创新都需要高水平的多学科研究。就个人而言,想要从科学和工程学的广泛领域中学习各种各样的知识,并将其组合成为方案以解决特定的问题,这是一个极具挑战性的过程。实际上,我在本科期间就学习的是柔性机器人技术,但是当我加入MIT赵老师课题组后,我确成为了一名研究诸如水凝胶之类的柔性生物材料的研究生。虽然跨学科的研究充满了荆棘与挑战,但我认为这是值得的,通过对完全不同领域知识的学习与综合,我能够抓住曾经完全无法预料的各种机会。跨学科研究将我们的想象力和努力推向了一个充满未知与辉煌的技术领域。”

  未来展望:当询问到之后的研究和努力方向时,Hyunwoo Yuk表示:“我们的研究成果目前仍然处于实验室水平和概念验证阶段。因此,我们目前正在积极寻求与其他研究小组以及公司之间的合作,希望能够进一步将我们的技术和方法发展为更具功能性且具现化的应用。例如,我们现在正尝试通过我们的技术和材料系统,对神经探针,伤口敷料,皮肤粘合剂等进行改进。”

  小编:博士期间的研究成果对个人工作之后的成就高低有着巨大的影响。在博士期间完成十分出色的工作,很可能会为你赢得众多选择与极佳的机会,从而造就璀璨的人生。

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