浙江大学研究员杨宗银：让光谱仪兼具小尺寸与高性能
“基本每个月都会对方案进行迭代。只有不断打磨，才能使微型光谱仪日臻完善。”1月8日，手握2023达摩院青橙奖奖杯的浙江大学研究员杨宗银在谈到微型光谱仪研究进展时对记者说。
2019年，杨宗银联合国内外科研人员，用半导体纳米材料研制出彼时世界上最小的光谱仪，其体积是当时市面上小型光谱仪的千分之一。
此后，杨宗银带领团队研发出体积更小的、性能更强劲的光谱仪。它可以被应用在手机、手表等设备中。截至目前，他已经在《科学》《自然·通讯》《科学·进展》等学术期刊发表论文40篇。
“找准方向，然后坚持做下去。不要怕‘硬骨头’，解决科研难题才是最锻炼人的。”杨宗银说。
用自制装置造“彩虹”
小时候，杨宗银喜欢自己搞点小发明，经常把家里的小电器拆掉，用零件制作玩具。
“家里的电器坏了，非专业出身的父亲会自己修理。受他影响，我从小就喜欢摆弄各种电器零件。”杨宗银回忆道。
成功用电机做出小车、小船后，杨宗银还无师自通用二极管搭出整流桥，用三极管和光敏电阻做出光控闹钟。几次发明小试，使他愈发对电子科学着迷。
高考后，杨宗银进入浙江大学。入学之初，他从应用生物专业转到机械工程及自动化专业。此后，他热衷于参加机器人(8.830, -0.32, -3.50%)、机械电子设计等领域的竞赛，获得全国大学生机械创新设计大赛一等奖等奖项。
不过，就在所有人都认为杨宗银将在机械工程领域大展拳脚时，他却做出了一个令人意外的决定——从机械专业转到光电专业。
让杨宗银萌生“跨界”念头的，是浙江大学光电科学与工程学院教授童利民。经学长推荐，杨宗银结识了童利民。与他畅聊一番后，杨宗银决定读研并改变赛道。
读研之初，杨宗银有时帮师兄准备纳米材料。等操作熟练后，他萌生了对纳米材料进行改造的想法。“德国化学家凯库勒梦见一条蛇首尾相接而后发现苯环。某天我突然想到，能否将纳米线首尾相接。”他回忆道。
有想法但没现成的实验设备，怎么办？那就自己造一套。
2011年，用自己造的实验装置，杨宗银与学长谷付星在世界上首次报道了生长带隙渐变纳米线的方法，解决了传统半导体中光电材料无法覆盖整个光谱范围的难题。在荧光显微镜下，用此方法得到的纳米线就像一道彩虹。
基于这种纳米线，杨宗银和其他科研人员研制出当时全球最宽光谱可调谐激光器。
为一个目标尝试150次
读博期间，杨宗银一边完成导师交给自己的任务，一边朝下一个目标前进：研制微型光谱仪。
通过测量物质光谱，光谱仪可以分析物体的化学成分，常被用于检测空气质量、作物生长情况和人体健康状况等。不过，虽已问世百余年，光谱仪体积依旧较大，小尺寸和高性能无法兼具。
研制微型光谱仪的那段时间，杨宗银每天都是实验楼最晚走的那个人。可即便如此努力，他依旧对实验结果不满意。
“我做了大概150个光谱仪，但都不理想。当时临近博士毕业，论文压力非常大。我质疑过自己，这样坚持是否值得。”杨宗银回忆道，那时早上去实验室时自己打满了“鸡血”，相信今天一定能有收获；晚上就像泄了气的皮球，灰溜溜地回去，接着反思问题所在。
打开杨宗银那时的笔记，上面密密麻麻写着实验优化细节。“我刚开始做实验时，非常有新鲜感。不过，失败次数多了，自己感到很无力。”杨宗银说，为了给自己打气，他常在实验笔记中写几句勉励的话。
“某次我和晨跑‘搭子’聊起自己的研究困境，对方指出了可能存在的问题。”杨宗银说，这位晨跑“搭子”帮他写了新算法，研制工作开始走出泥潭。
2018年8月，在博士毕业前几个月，杨宗银终于研制出当时世界上最小的光谱仪。它的尺寸仅几十微米。相关论文于2019年7月被《科学》杂志接收。
研制成功的那一刻，杨宗银百感交集，在实验室静坐了很久。“回头看，轻舟已过万重山。”他说。
引导学生找到研究方向
2020年，获得博士学位后，杨宗银选择入职浙江大学。
近年来，杨宗银专注于优化、迭代微型光谱仪，提升了设备分辨率与灵敏度，使其制备成本降至几十元以内。
“目前，我带领团队成员和企业展开合作，进行产品研发工作。不过，微型光谱仪在消费端的应用尚未成熟。”杨宗银说，应用的难点在于挖掘消费需求。很多新技术看起来酷炫，但可能很难在日常生活中应用。因此，他认为可以在大健康领域寻求突破，将微型光谱仪应用于血糖测量。
“微型光谱仪可以捕捉葡萄糖光学信号，帮助糖尿病患者免去每天扎手指测血糖的痛苦。”杨宗银认为，这是微型光谱仪走向应用的重要场景之一。
前不久，因获得2023达摩院青橙奖，杨宗银发明微型光谱仪的经历一度登上互联网问答平台知乎的话题热搜榜榜首。
面对突如其来的关注，杨宗银适时回应，讲述了个人研究经历、微型光谱仪的研究缘起和对该领域未来发展的理解。
杨宗银说，适当回应公众关切后，科研人员就要把时间和精力放在解决难题上，让自己从事的工作对社会有贡献。
科研之余，杨宗银将大部分时间用在科研人才培养上。作为浙江大学博士生导师，他非常注重培养学生文献查找和管理能力，引导学生找到研究方向，鼓励他们啃“硬骨头”。
“找对一个方向的前提，是对研究领域有清晰的认知。想科学全面地查找和管理文献，就要了解某个领域的发展脉络以及尚难解决的问题。”杨宗银说，找准一个问题后，就要试着解决它。这段经历会是人生中一笔重要的财富。
