全球前2％！她，纳米生物医学的探路者

编者按

中国科学院卢嘉锡青年人才奖、中国科学院青年促进会会员、“全球前2％顶尖科学家”年度科学影响力排行榜……这些，是中国科学院大学博士生导师、中国科学院北京纳米能源与系统研究所（以下简称“纳米能源所”）研究员李琳琳的精彩履历。作为纳米能源与生物传感这一前沿领域的研究者，她“放弃”了很多，但收获了更多。

李琳琳的朋友圈相册封面是一幅关于春天的画，有花草、有嫩叶、有蝴蝶。这是女儿画的，她很久没换。同样没变的，是她办公室的白板。白板上贴了很多文献资料、信息表格，满满当当之余，却有一大片“连环画”——这是她女儿的“大作”。

李琳琳的女儿喜欢画画。有一次，女儿陪妈妈加班，根据自己的想象，在白板上创作了一套“连环画”。这片画作，李琳琳一直没舍得擦。

“压电”与压力同在

李琳琳也喜欢画画，她的桌上摆了一幅自己的作品。她还喜欢看书，喜欢摄影，喜欢旅游，喜欢骑行。多年前，她可以一天骑上100多公里，欣赏并记录沿途的风景。但是，这些事情她已经很久没有做过了。

作为一名年轻的课题组组长，现在的她有了另一种“兴趣”。“科研和个人兴趣两方面，肯定要有取舍。”李琳琳笑着说，“现在，我主要的乐趣是科研。”

李琳琳2019年的画作

2020年9月，纳米能源所从北京市海淀区迁入怀柔科学城。李琳琳每天清晨6点多起床，坐通勤班车从北京市区来到怀柔；晚上坐班车回家后，还要陪伴孩子读书玩耍；在女儿入睡后，她继续工作，凌晨书房里经常能看到亮着的灯光。

在紧凑生活节奏中，她希望能达到一种状态：无论在做什么，都能很快切换回工作状态。

目前，李琳琳带领的生物传感课题组主要开展两个方面的研究：一是发展电活性生物材料和器件，收集人体运动能量并转化为电能，用以进行一些与电刺激相关的治疗；二是利用压电材料的压电电子学和压电光电子学效应进行恶性肿瘤、组织缺损等的治疗或修复。这两项研究均属于多学科交叉前沿研究范畴。

李琳琳演示摩擦纳米发电机

纳米发电机技术曾被中国科学院遴选为世界十大最杰出的科学发现之一，已经在能源收集与传感等多个领域取得进展，受到许多科研人员关注。

利用光进行肿瘤治疗，在临床已实现应用，光动力学治疗就是其中之一。它利用光敏剂在光照下产生活性氧分子来破坏细胞结构进行治疗。但是，目前临床使用的光敏剂效率较为低下，光毒性高，适应症的范围也很窄。

李琳琳团队想到，将具有压电（光）电子学效应的纳米材料应用到动力学治疗上来，代替传统的光敏剂，优化现有治疗方案。

现阶段，我国的基础研究水平仍有很大提升空间。要想改变我国关键核心技术受制于人的局面，必须从基础研究做起。

过去一段时间，为适应国家经济发展需要，不少研究课题有一定的导向性。但是，基础研究“没法儿导向”。科学研究的独特性就在于，在结果产出之前，灵感可能随时产生，实验方案可能根据实际情况变化，技术路径也可能不断修改完善。基础研究尤其如此。

李琳琳

李琳琳坦言，科研不是“我想要发现什么，就能去发现它”。对一些新技术、新方法的研究，可能短期内无法直接应用或推广，但这些恰恰是未来科学技术发展的重要基础。

“我们不过是投出一块‘顽石’，能不能‘问到路’，还需要时间的检验。”李琳琳信心满满，“现在政策非常好，我们一定会把握机遇，创造更多有意义的研究成果。”

“迷宫”中的探路者

李琳琳一直对医学有浓厚的兴趣。遗憾的是，尽管在高考填报志愿时填写了医学相关的专业，机缘巧合之下，她被微生物学专业录取。微生物学专业的学习经历使她对基础生物学愈发感兴趣，因此在研究生阶段，李琳琳分别在生物化学与分子生物学、物理化学等相关领域进行研究，并最终确定了与医学高度相关的纳米生物医学方向的科研道路。

2015年底，李琳琳加入纳米能源所。研究所主要以纳米能源、传感系统等为主要研究方向。来所伊始，生物化学与分子生物学、物理化学出身的李琳琳略有些“不知所措”。

李琳琳

李琳琳很快行动起来。她开始自学电磁学、物理与半导体方面的知识，并向国内外同行请教交流，尝试将分子生物学与物理化学研究背景和纳米能源相结合。“就像在迷宫里打转，有时多试一试，就能找到大致方向了。”

纳米能源与生物传感是一个交叉领域，涉及物理化学、生物材料等方面知识。课题组建立初期，学生人数虽不多，但学科背景各异。为了尽快让课题组各项工作步入正轨，李琳琳和学生保持着密切的交流。很多实验操作，她会手把手地带学生完成。

课题组经常会有新灵感、新想法，但实现它们仍需要师生大量探索。

李琳琳表示：“起初，我们面临的困难，一方面来自于科研课题的不确定性，另一方面是学生比较少，很多想法实现起来比较慢。”科学研究是“跌宕起伏”的，这对于还在起步状态的李琳琳课题组来说，尤其如此。

李琳琳在雁栖湖校区

曾经，李琳琳也想去国外深造。那时，她一方面担心自己出国后，会对组里学生的研究造成影响；另一方面，自己的研究也会因为出国而中断，她因而放弃了出国深造的机会。而今，在纳米领域，国内研究条件与国外相比并不逊色，国内外学术交流更加密切，李琳琳就更坚定了在国内一直发展的决心。

之前，李琳琳从事的研究主要是把纳米材料作为药物递送的载体，在抗肿瘤方面进行应用。来到纳米能源所后，研究方向需要和研究所的大方向——纳米能源与传感系统结合。

对李琳琳来说，这两个不同的研究方向间跨度很大。也正因为此，如何把纳米材料和纳米能源的研究结合起来，是当时摆在李琳琳课题组面前的首要难题。

李琳琳在做实验

“我们花了很多精力去尝试不同的研究方向。”李琳琳回忆。

万事开头难，李琳琳和课题组的学生经历了很多次“失败”：研究课题暂不可行、效果没有达到预期、实验方案未能奏效，这些都是2016年到2017年的常态。

经过大量尝试，李琳琳课题组探索出了自驱动的微纳能源在生物医学应用领域的新方向。“利用人体自驱动产生的电能，可提高纳米材料药物递送效率和纳米催化在体内的应用效果。”李琳琳介绍，“通过纳米生物材料的设计，还可以实现对细胞功能以及组织再生的调控。这些应用方向在新时代的智慧医疗、个体化医疗方面都有非常广阔的应用前景。”

六年时间里，李琳琳和课题组稳步发展、共同成长，她带领的生物传感课题组已经成为纳米能源所中重要的一环，“可以说不管是个人还是课题组，发展的势头都是越来越好的。”

李琳琳课题组合影

实验中的“引路人”

如何将学生从本科状态及时转换到研究生状态之中，李琳琳颇有心得。

对于一年级研究生，李琳琳会引导他们关注领域科研动态，了解学科前沿资讯。而对于已经结束集中教学的二年级研究生，她则会着重给学生一个全流程的科研体验，从选题到实验再到论文，她全程陪伴。

平时，李琳琳要求学生每周完成“一会两报”，即开一次组会，并提交文献报告和工作周报。组会上，同学们分别介绍各自的工作进展：文献报告中，写明阅读过的文献和自己的收获；工作周报里，记录一周实验的情况。李琳琳认为，这些是科研训练必需的经历。

实验发现与预期结果偏离较大或完全相反，是科研过程中经常遇到的问题。“我更愿意把这些‘问题’理解为有意义的启发。”李琳琳说，“遇到问题及时讨论，如果可行，我会鼓励他们进行新的尝试。”

李琳琳指导学生做实验

课题组研究前沿交叉学科，学生也有各自的学科背景。“材料、化学、物理、医学、生物专业的都有，他们在自己原本的方向都很厉害。”李琳琳介绍，“学生来了之后，我会根据他们的背景设计课题。”

在“博新计划”博士后刘志荣眼中，李琳琳对学生在学术方面的指导是启发式的。“李老师会根据每个同学的学科背景、感兴趣的方向初步选题。在研究过程中，李老师会帮助我们把握方向，注重培养学生的创新思维和科研能力。”刘志荣说。

随着课题组不断发展壮大，李琳琳指导的学生越来越多，相应地，实验课题和工作量也不断增加。尽管如此，她对每一位学生的课题都亲力亲为，严格把关。

“最近两年，给学生改文章花的精力还是挺多的。”李琳琳坦言，“不管工作做到什么程度，我对每一篇文章的标准，都是比较高的。”对文章的高标准、严要求，是李琳琳一以贯之的态度。她说：“成果发表出来是给同行看的。所以，必须要用严谨的态度去对待，每一个展示给出来的数据和结论，都要非常严谨，呈现准确的信息。”

纳米能源与生物传感课题组

每一篇论文，都是李琳琳和学生“全程陪伴”的结果。“我和学生的办公室就挨着，可以随时和他们交流。我们在讨论中互相学习、前进。”李琳琳说。

课题组偏应用基础研究，目前成果主要以科研论文的形式体现。她将论文形象地称为“故事”。论文是不是讲了一个完整的吸引人的故事，是李琳琳很看重的。论文的内容基于实验，每个课题从一开始，李琳琳会做整体的规划。整个工作的逻辑系统性，是李琳琳考虑最多的方面。“希望通过我们的研究，为这个领域产出一个新的发现。”李琳琳说。

李琳琳也非常注重学生的个人发展。学生在读时间有限，存在毕业压力。因此，在课题安排上，李琳琳会给学生提供“１+Ｘ”式的选题方案。每个学生可能会有多个研究内容，“１”是大概率能出研究成果的，减轻学生的“后顾之忧”；而“Ｘ”则是比较有挑战性的研究方向，这些课题可能比较难，也可能短时间内难有成果。

“我也会根据学生的研究方向还有个人的性格、能力，在课题的安排上做一些调整。”李琳琳说。课题组学生多次获国家奖学金、所长卓越奖学金等荣誉、获“博新计划”资助。

李琳琳和学生在雁栖湖校区

做好未来“多选题”

遇到困难是前进还是暂时放弃，是在实验中寻找热点还是在生产中发现问题，是继续深入研究科学机理还是向社会寻找应用契机……在科研过程中，选择无处不在。

李琳琳时常开导学生：“课题遇到瓶颈很常见，实在进行不下去的时候可以暂时放下。整个研究体系是在的，后期有新想法再加入，可能会获得新的发现。”

2016年3月，刘志荣来到纳米能源所进行本科毕业设计相关工作。刘志荣是李琳琳课题组里的“大师姐”。她经过推免进入课题组，从硕士到博士后，六年时间里见证了课题组从无到有的发展。2021年，她在领域顶级期刊Advanced Materials上发表了一篇研究成果，获得了很高的关注。

在这背后，是她五年来不断试错的曲折历程。

李琳琳常说：“不能只盯着好的结果看。有的实验虽然暂时失败了，但是它依旧有存在的意义。”这句话让刘志荣印象十分深刻。她记录下每一次实验结果、每一个看似荒唐的灵感、每一份失落、每一份。

念念不忘，必有回响。五年过去了，这期间，刘志荣发表多篇论文的同时，这个最初的课题，也终于成功。她遇到了许多岔路，但心境也越发稳健。

李琳琳和博士后刘志荣

利用压电电子学效应进行肿瘤治疗是课题组主攻方向之一。自2017年起，李琳琳课题组就在做相应的尝试。

但是，很长一段时间没有达到理想效果。通过阅读最新文献，李琳琳发现，已经有同行用类似的思路和实验方法，发表了不错的成果。“我们的工作没有做出来，相比之下会有一些心理波动。”李琳琳略显遗憾。

对组里学生来说，课题组组长相当于“主心骨”的角色，这个时候她不能自我怀疑。“他们遇到的问题，需要我帮他们解决。所以如果我自己有一些情绪上的问题，必须得马上纠正回来。”2022年，是李琳琳课题组成立第六年。“实验遇到问题非常普遍，现在这样的事情已经很少能让我有波澜了。”李琳琳笑着说。

2019年、2020年，李琳琳连续入选美国斯坦福大学发布的“全球前2％顶尖科学家”年度科学影响力排行榜。“这算是对我的一种鼓励吧，激励着我继续努力。”李琳琳说。目前，课题组大部分精力投入在应用基础性的研究中。研究成绩斐然之外，李琳琳也希望能开拓应用“蓝海”。

李琳琳书架一角

“将科研成果转化成社会生产力是我们的责任。”李琳琳说。

以肿瘤为例，随着老龄化人口数量的增长，癌症发病率逐年上升，癌症晚期患者更是深陷“爆发式”的痛苦之中。

李琳琳课题组选择“设计纳米药物用于恶性肿瘤治疗”的课题，与日趋严重的癌症形势密切相关。然而，李琳琳坦言，由于所做的研究比较前沿，离应用还有一些距离，实验室的纳米器件、纳米药物要走上临床还需面临许多考验。

“我们在往应用方向努力，最近一两年也开展一些偏应用的课题，希望能有一些进展。”李琳琳介绍，在相关成果发表后，课题组的研究成果被业界高科技公司看到后，这些公司会主动联系并给予一定的支持，希望将理论成果推向应用。

在向应用推广的过程中，科研单位和公司的立场和诉求往往不同。对前沿性研究来说，较长的研发周期难以避免。而公司则希望更快地产出、更多的效益、更好地被市场检验。“和很多公司谈过，谈不拢是常态。”面对未来，李琳琳充满希望，“我们希望将来能有更多主动权，把我们的研究成果推广出去。”

李琳琳

疫情期间，李琳琳居家工作，有时女儿会找她玩。每当这时，母女俩会签订“君子契约”，约定好玩耍的时间。她也会给女儿介绍自己的工作，尽管不了解具体细节，但女儿对各种细胞、模型的图片十分感兴趣。因此，偶尔会见到这样的场景：母亲在工作，孩子在跟着画图。这也算“科研家庭”中别有的乐趣吧。

李琳琳常和学生们说：“做科研的时候，认真科研；玩儿的时候，好好去玩儿。”这样要求学生的同时，李琳琳也一直期待能在工作状态和生活状态中自由切换。

2022年春节期间，和家人欢度佳节、陪女儿参与冰雪运动之余，李琳琳还是工作了两天。“希望能有一段完全放松的时间，但近20年应该闲不下来了。”她笑着说。