蔡新霞：爱“较真儿”的博导

生物谷

蔡新霞说她有时“尅”她的学生。我怎么也不相信———眼前这位脸上总是挂着笑容、说话不紧不慢、温柔端庄的女性，竟然能当众发火？

　　不过，当她拿出读书期间所做的几大本厚厚的笔记时，我明白了蔡新霞对学生的良苦用心。这些笔记本都是十六开的大本，每页都清晰地标记着时间，里面写满了技术设计，贴满了实验记录。一本是她1995年在东京工业大学相泽实验室从事三个月的免疫传感器研究时的技术资料；另外四本是她1998年赴英国Glasgow大学电子与电机工程系生物电子学中心攻读博士学位时的全部学习笔记。

　　“你看，这张电极的图片还能清楚地看到粘胶的痕迹，这会影响器件的特性。”她往后翻了几页纸，又指着一张光洁的图片说：“最后做出来的电极干干净净，漂亮极了。”

　　对于不好的实验数据，一般人当作垃圾一样扔掉。蔡新霞不但不扔掉，还工工整整地保留下来，随时都能找得到。

　　不仅如此，她还把那些不好的工艺器件样品全都留下来。实验室存留的样品有好几抽屉，这些器件都有自己的系统标号，她认真琢磨每一个器件的实验得失，制定了工艺“菜单”，也就是用严格的标准来保证器件的稳定性和可靠性。

　　在英国读博士期间，每当课题组有外国学生做不出好的器件时，“去找新霞”成了她的英国导师、著名的生物纳米技术专家J.Cooper的一句口头禅。

　　就凭着这股认真劲儿，一般外国人要四五年才能读完的博士，蔡新霞三年就拿下了。

　　2001年毕业时，对于英国、美国一些大公司的“暗送秋波”，她一概视而不见。“我要回家。”她说，中国是她的家。

　　回国后，正赶上国家863计划“微机电系统重大专项”启动，她承担了“便携式全血液生化检测微系统”项目，主要用于糖尿病等病人的快速检测。

　　在短短的不到一年的时间里，项目研制成功。目前，便携式血糖仪已经面世。

　　现在，课题组又针对运动员训练机能评定的需求，开展了面向运动员的便携式血液分析微系统研究。

　　在蔡新霞的办公桌上，放着一本600多页的《优秀运动员身体机能评定方法》专著，书里做了仔细的圈点和标注。

　　“从踏入微纳生物传感器这个门，就意味着不断地学习各种新知识。”蔡新霞说，微纳生物传感器是新兴的交叉学科，涉及电子学、生物学、医学等多门科学。1988年蔡新霞读完北京理工大学电子工程系，被推荐保送到中科院半导体研究所攻读硕士学位时，对生物传感器一无所知。但导师孙安纳教授认定生物传感器大有前途，带着她探索仿生嗅敏传感器。

　　“那时日本、英国开始研究生物传感器，但国内研制的人寥寥无几，当时几乎申请不到什么项目。”蔡新霞用“苦闷”形容那段日子，但她仍执著地前行在“孤寂”的科研道路上。

　　所幸的是，等她毕业时，生物传感技术的发展方向逐渐明朗，中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室将基于微加工技术的生化传感器及其微系统列为重要研究方向，在这里她开始了事业的起点。

　　随着国家的重视，重大项目纷沓而至。如今，蔡新霞不断往返于实验室、医院、血站和运动员基地之间。她说，不做花哨的课题，希望在“需求牵引”下，能为用户解决更多的实际问题。

微机电系统：从能看到能用

一分钱硬币大小、头发丝粗细，这样的描述语我们都很熟悉。但是，要说一分钱硬币大小的飞机，头发丝粗细的马达，你可能就要瞠目结舌。微机电系统（简称为MEMS）就是这样一些令人“匪夷所思”的微型智能化系统。

　　汽车工业广泛使用微机电系统

　　“像人体要感知外界环境变化一样，传感器要敏感地测算物质世界的速度、压力、温度等信息。随着微加工技术的发展，微机电系统应运而生。”说起自己的本行，MEMS重大专项总体组组长孙立宁侃侃而谈。

　　“目前，MEMS器件应用最成功、数量最大的产业当属汽车工业。”对于它的应用，孙立宁告诉记者。

　　现代汽车采用的安全气囊、防抱死制动系统（ABS）、电喷控制、转向控制和防盗器等系统都使用了大量的MEMS器件。为了防止汽车紧急刹车时发生方向失控和翻车事故，目前各汽车制造公司除了装备ABS系统之外，又研制出电子稳定程序（ESP）系统与ABS系统配合使用。发生紧急刹车情况时，这一系统可以在几微秒之内对每个车轮进行制动，以稳定车辆行车方向。

　　近年来，国际上MEMS的专利数正呈指数规律增长，MEMS技术全面“开花”，各式各样的MEMS器件，已成功地应用于自动控制、信息、生化、医疗、环境监测、航空航天和国防军事等领域。其中微型压力传感器、微加速度计、喷墨打印机的微喷嘴和数字微镜显示器件（DMD）已实现规模化生产，并创造了巨大的经济效益。美国ADI公司的集成加速度计系列已经大量生产，占据了汽车安全气囊的大部分市场，年销售额约为2亿美元；TI公司利用MEMS技术生产的DMD显示设备，占有高清晰投影仪市场的大部分份额。

　　重大专项瞄准产业化

　　我国MEMS的研究始于1990年代初，起步并不晚。经过10年的发展，我国已有数十家科研机构在进行MEMS的研究，初步形成了几个MEMS研究力量比较集中的地区，并且研制出了微型加速度计和微陀螺等多种样品和样机。

　　然而，令人遗憾的是，这些成果基本还处于实验室阶段，国内尚无一家批量生产MEMS产品的企业。与此同时，一些国外公司已开始在国内开展业务，进行与MEMS相关产品的合作生产，企图占领国内市场。

　　“由于力量分散，再加上投入严重不足，在共性关键技术、研究实力和产业化等方面与发达国家相比有较大差距。”说到这里，MEMS重大专项总体组组长孙立宁话锋一转，“但是，由于MEMS产品的多样性，并且是一种正在发展的高技术，所以美、日、欧等发达国家并不能垄断MEMS市场，我们尚有很大的创新和发展空间。”“一旦放松，则会坐失良机。”孙立宁补充说。

　　他告诉记者，研究国外MEMS的发展进程表明，政府行为在初期发展起到了主导作用。如1992年美国把“微米级和纳米级制造”列为“在经济繁荣和国防安全两方面都至关重要的技术”。美国国家自然基金会（NSF）把微米/纳米列为优先支持的领域。日本早在1991年开始启动了2.5亿美元的大型研究计划———“微机械十年计划”。这些国家微机电系统如火如荼的发展，离不开政府的大力支持。

　　在这样的大背景下，2002年，国家863计划适时启动“微机电系统重大专项”，确定了MEMS重大专项的总体目标：针对国际MEMS发展趋势和未来的产业化前景，结合我国社会经济发展的需要和核心技术发展战略，以支撑我国MEMS产业化发展的应用基础和关键技术为切入点，重点研究MEMS器件、集成系统、先进制造与测试技术及应用，逐步建立我国的MEMS研发体系和产业化基地。围绕医疗、环境、石化等行业，开发出若干小批量、多品种、高质量MEMS器件及微系统，推动MEMS可持续发展和未来产业化的形成。

　　微机电系统化产品全面“开花”

　　去年9月，随着一声巨大的爆炸声，基于MEMS的加速度传感器工程样机在山东泰安野外“一炮打响”。

　　在石油勘探中，传统的检波器频率响应低，信号敏感度低，测油层时要像织渔网一样布阵，每隔大约10米就要埋一个，通过炸药爆炸产生地震波来检测。就是这样，勘测的精度并不高。

　　如今，过去的所有工作只需一个硬币大小的微加速度传感器就轻松搞定。把微加速度传感器放入一个盒子里，插入地表1米左右，测出来的数据准确无误。目前，山东威海双丰电子集团有限公司、上海微系统所、南京石油物探研究所等单位正在联合攻关，攻克微加速度传感器的设计、制造和应用等方面的难题，进行批量制造和产业化开发工作。

　　“比如奥运会体育场馆周边的气象情况，随时随地都知道。”孙立宁拿着一个手机大小的仪器说，局部气象检测全靠这个“小家伙”———便携式气象检测微系统。

　　别看它小，温度、湿度、风速、风向、气压、能见度等气象参数，一测便知，指标还高于传统风向标的精度。对于野外、海上作业人员来说，绝对是个好帮手。“我们正准备把它集成到手机里，就变成了未来的智能手机。”

　　“其实，这些相关技术和器件几年前就有了，但一直处于实验室阶段，重大专项推动了从概念和原理样机到实用化的进程。”孙立宁说，通过专项确定的产业化目标的实施，带动了MEMS从设计到加工的技术平台建设，提高了我国MEMS的研究、开发与产业化的能力。

　　他解释说，10年前，MEMS能做出来，就轰动一时；5年前，MEMS能动能转，就很了不起，但只能演示和少量的使用，还不能完全实用化。而“十五”期间，MEMS不仅能用上，还能小批量生产。像MEM加速度传感器、特种压力传感器、人体腔道诊疗微系统、微型血液（生化）检测微系统、气象检测微系统等MEMS器件和微系统基本达到实用化水平，开始进入产业化阶段。

　　■我说863

孙立宁（微机电系统重大专项总体组组长）

　　微机电系统(MEMS)重大专项的定位是重点研究MEMS器件、集成系统、先进制造与测试技术及应用。“十五”期间，专项的工作重点是打基础，通过平台建设，掌握MEMS设计、制造、测试、工艺、装备与系统集成等方面的具有自主知识产权的关键技术，建立我国的MEMS研发体系和产业化基地，同时研究与开发具有创新性的器件与微系统。

　　目前，专项已突破了若干关键技术，加工能力和成品率得到很大的提高，为国内的MEMS研发提供了良好的服务和平台。围绕医疗、环境、石化等行业，开发出若干小批量、多品种、高质量MEMS器件及微系统。若干MEMS器件和微系统达到实用化水平，开始进入产业化阶段。MEMS加速度传感器、特种压力传感器、人体腔道诊疗微系统、微型血液（生化）检测微系统、气象检测微系统等MEMS器件和微系统取得可喜的进展，基本达到实用化阶段，并积极开展了多种方式的产业化工作。此外，在柔性传感器阵列、微型燃料电池、致冷器、透皮药物释放微系统等方面取得创新研究成果，为MEMS的可持续发展奠定了基础。

　　针对国际微纳技术发展趋势和我国未来的产业化前景，“十一五”将继续完善我国MEMS制造技术与研发体系，形成MEMS的自主开发与批量制造能力，部分MEMS器件与微系统实现产业化。围绕环境监测、医疗与健康、公共安全快速检测与预警等国家需要，研究开发有自主知识产权的微纳系统设计与制造核心技术、系统集成技术、关键装备和单元产品，提升我国微纳系统自主设计和微纳制造的核心竞争力，并在某些方面进入国际领先水平。

　　■链接

　　微机电系统（MicroElectro-MechanicalSystems，简称为MEMS），是融合了硅微加工、光刻铸造成型（LIGA）和精密机械加工等多种微加工技术制作的微传感器、微执行器和微系统。

　　它是在微电子技术基础上发展起来的，但又区别于微电子技术(IC)。在IC中，有一个基本单元，即晶体管。利用这个基本单元的组合并通过合适的连接，就可以形成功能齐全的IC产品；在MEMS中，不存在通用的MEMS单元，而且MEMS器件不仅工作在电能范畴，还工作在机械能范畴或其它能量范畴如磁、热等。

　　1987年，美国UCBerkeley发明的微马达，引起国际学术界的轰动。1993年，美国ADI公司采用该技术成功地将微型加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标志着微机电系统技术商品化的开端。1990年代，众多发达国家先后投巨资并设立国家重大项目促进MEMS技术发展。此后，MEMS技术发展迅速，特别是深槽刻蚀技术出现后，围绕该技术发展了多种新型加工工艺。一次性血压计是最早的MEMS产品，目前国际上每年都有几千万只的用量。