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胡金莲的科研人生 | 小纤维正在改变大世界
来源：互联网
2024-11-12 00:19:10 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
香港城市大学胡金莲教授创造并保持着诸多纪录。比如，她是获得美国纤维学会杰出成就奖的第一个亚洲人，是获得桑麻基金会纺织科学技术奖一等奖的第一位香港学者。她还是迄今为止在纺织及纺织材料领域中唯一的一位美国国家发明家科学院院士。她领导成立了全球第一家形状记忆纺织品研究中心，被誉为“记忆纤维”的创始人。
▲胡金莲
这是一位永远追求领先一步的女性，她将这种性格也带入日常的科研工作之中，使她能够成为智能纺织品和纺织材料领域最活跃和富有成果的科学家之一。她用智慧和勇气打破了传统与束缚。在她的手中，一根纤维不再只是纤维，而是承载了无限可能和希望的载体。
胡金莲的研究足迹遍布从微观分子到宏观应用的诸多角落。她不仅是形状记忆高分子材料在纺织领域的探索者，更是将这些高科技材料应用于服装、美容、建筑甚至医疗领域的拓荒者。她的成果，也不仅是学术上的突破，更获得了市场化的成功。她带领团队将研究成果转化为实实在在的产品，让更多的人能够享受到科技进步带来的福祉。她以坚定的信念和不懈的努力，将细小纤维的力量发挥到极致，为世界带来了创新性的变化。
探索前沿
胡金莲积极、敏锐和追求卓越的性格源自于青少年时期的生活历练。她出生于20世纪60年代的湖北，那是一个运动不断的动荡时期，一家人的命运随着时代洪流而沉浮。在她很小的时候，便随着父母下放农村生活。作为大家庭五个孩子中唯一的女孩，她享受到全家的疼爱与呵护，同时也早早地帮妈妈承担起繁重而琐碎的家务劳动。
胡金莲继承了父亲的严谨细致和母亲的不拘一格，在那最艰难的岁月里，父母的行为塑造着这个未来科学家的性格。“就像种子扎进心里，影响了我一辈子。”胡金莲如是说。
求学不易，她格外珍惜“知识改变命运”的机会，刻苦攻读。中学时，她就是“学霸”一级的人物。高考结果公布，她是整个公社6间中学里唯一考上大学的女孩子。由于当时纺织工业是国家发展的支柱产业，老师们为她出谋划策，帮她选择了武汉纺织工程学院（现武汉纺织大学前身）机织工程专业，胡金莲从此和纺织工程结下了40多年的不解之缘。
来到纺织工程学院，一个崭新的世界在胡金莲面前展开。除了学习怎么织布、学习机器的结构，以及设计原理和功能制造之外，她对于材料背后的科学更产生了浓厚兴趣。在旁人眼里，努力学习既是很苦很累的事，更是不够聪明的表现，胡金莲却乐此不疲，享受其中：“我从没有觉得条件艰苦，也没有觉得多累。对于自己设定的目标，全力以赴，问心无愧就行！”
正是这样求知若渴、孜孜不倦、有时候还有一点“痴迷”的精神，让她在本科毕业一年后考取了中国纺织大学（现东华大学）纺织材料学的硕士研究生，并在1990年的中英联合奖学金36个公派赴英留学名额之中，成为唯一一名来自纺织界的学员。
这一年，29岁的胡金莲开启了英伦深造的生涯。她在曼彻斯特大学一头扎进了纺织前沿科技的海洋，像海绵一样争分夺秒地汲取着知识和创造的营养。有机会面对世界顶级学者和行业专家去求教探讨，使得胡金莲逐渐具备了极高的国际视野，而与国际著名的研究中心保持密切的合作关系，也让她对国际主流发展方向有了更为准确的把握，对其后来的科研生涯产生非常深刻的影响。饱经世界名校的熏陶与磨砺，胡金莲对于长期钻研的纺织领域也有了自己独到的认知。“这些都是我创新性地工作，做出重要发现，从而影响整个科研领域的源泉。”
1994年，学成归来的胡金莲选择了香港理工大学作为自己学术研究的新起点。香港作为国际大都市的开放环境，让胡金莲如鱼得水，充满动力。她为香港理工大学纺织及制衣系发展成为全球纺织科技领域三大顶尖机构之一作出了自己的贡献。
文明的发达程度向来同人们应用材料的水平息息相关，而新材料的发明极大改变了现代人的生活与工作方式。时间来到20世纪90年代中叶，与古人基本上只能应用天然材料不同，这是一个智能材料的时代，比历史上任何一个时代都更多地制造和创造人造材料。胡金莲此时敏锐并创造性地选择了记忆材料作为新的纺织服装材料的发展方向。她敢为人先，认定交叉学科是创造性成果的生长点和成长的沃土，并在这一领域开拓出一片天地，为纺织服装打破“夕阳行业”的形象作出了贡献。
2003年，胡金莲领导成立了全球首家形状记忆纺织品中心，花了约6年时间，采用一种特殊的形状记忆聚氨酯，成功研发出国际首创的具有形状记忆功能的织物料。这种被誉为“聪明布”的织物料有别于普通布料，它不但可以在指定温度的热水洗涤后恢复原状，且具有保留衣服褶痕、表面平滑度，以及恢复凹凸位原状等特性。胡金莲曾经让研究人员现场示范了多项实验，其中一项是向两块褶皱布料喷热蒸汽，结果加工过的具有形状记忆的布料恢复平滑，而另外一块普通布料就依然褶皱。
这一领先世界的发明，对全球纺织行业来说具有里程碑意义。胡金莲解释道，这些“记忆特性”不但可应用于一般成衣及高档次时装，为纺织及成衣业界开创全新的设计空间，还可应用于其他行业及产品，例如医疗用具、玩具及美容面膜等。在此后不久，团队就结合形状记忆发泡材料及羟基磷灰石（骨骼组织的主要矿物成分），设计及制造出一种可自行填补高效能的骨骼支架，能安全及方便地植入骨骼缺损位置，令骨骼再生，有助骨伤及骨折病人康复。这种支架由形状记忆材料制成，可在0℃将其压缩，在室温下进行移植，并在40℃完全恢复原来的形状，因而可自行全然填补形状不规则的骨缺损，从而减少病人住院日数及感染风险。
胡金莲研发的新材料一鸣惊人，不仅取得了中国及美国多项专利，屡次斩获国际大奖，也引来了不同行业的关注，国内外多家公司邀请胡金莲去作报告，向她提出自己的困惑和需求，寻求合作。胡金莲则在充分地听取、参观、了解企业的需求之后，把问题带回来和同事们探索研究，最终形成解决方案。
“我们要做到快速和全身心地拥抱新技术与新变化。”胡金莲强调说，“材料技术在不断发展，我们绝不能故步自封，要勇于去创新，去突破，用长远的眼光和超前的意识来思考学科的发展。”她内心笃定，要为纺织工业的发展，以及高品质生活质量的追求，作出更多更大的贡献。
从制造到“智造”
由制造到“智造”，虽然仅有一字之差，但其间的技术含量和创造的价值却是云泥之别。目前，纺织科技创新需要多学科、多领域的交叉融合已成为业内共识，但在二三十年之前，能够有如此远见和认知的，胡金莲是为数不多的学者之一。
“把很多纤维并在一起，捻一捻，搓一搓，这就形成了一种结构。多级结构造就了纺织材料的独一无二。”胡金莲耐心地介绍着，“而多种原料、多种技术的复合，其应用领域、使用环境千差万别。纺织行业的科技创新，绝不能仅仅局限于行业内部，一定要博采众长，利用计算机、材料、化学等其他行业的最新成果及可借鉴的成功发展模式，促进行业发展。”她坚信，随着时代发展，将材料与高科技结合起来，会带来更多的机遇和更多的功能，以及无限可能。
尤其在入职香港城市大学之后，无论是在理论方面，还是在制造方法上，胡金莲带领团队都做了大量的工作，申请和获得了数十项专利。多年的历练让胡金莲探索到了一条从概念到研究再到市场的道路：首先要有大量的基础研究，其次要把理念转变成实践，把研究成果和工业生产结合，最后帮助企业应用。她一直致力于分子设计、材料合成、结构表征、应用开发，以及产品的性能等研发模式和项目管理方面的创新，将纺织工业的上中下游从头到尾有机地结合起来，带领团队开发出服装的智能化、新能源材料、可穿戴传感器等多种材料，为推动香港的工业发展和香港国际创新中心的树立作出积极的引领贡献。
近年来，基于蜘蛛丝的记忆行为，胡金莲在仿生蜘蛛丝领域也取得了重大进展。她首次提出并高效实现了蜘蛛丝结构里同时具有β-折叠和α-螺旋及无规线团结构的仿蜘蛛丝蛋白，从而开发出目前世界上最韧且可量产化的纤维材料。这是在形状记忆纤维的经验和理论基础上的又一个重大发展，也是世界上第一个利用化学方法制造的具有蜘蛛丝高性能的纤维。
在研究过程中，胡金莲将纺织上十分常见的双股线结构与人体DNA双螺旋结构“结合”在一起，通过设计织物结构，来实现传感器的性能。用它来做测量血压的压力传感器，也可以用在中医号脉场景需要，几乎没有滞后性，耐用性达6000次循环。
随着时代发展和科技进步，开发智能可穿戴系统对人体健康管理具有重要意义。可穿戴设备最大的要求，是要和皮肤贴合或者符合人的生理结构，应具有高透气性、排湿功能、高灵敏度和舒适的用户体验等关键特性。胡金莲团队利用先进的静电纺丝技术，将仿生结构、纳米焊接技术、柔性电路设计、多功能传感功能和大数据分析结合起来，开发了一种用于健康管理的智能仿生皮肤贴片。通过控制纳米纤维的制备和构建仿生二级结构，得到的纳米纤维膜与人体皮肤非常相似，具有优异的透气性、透湿性和单侧排汗性能。此外，仿生贴片还具有对汗液代谢物的高精度信号采集能力;通过原位传感电极和柔性电路设计，可以精确测量皮肤温度、皮肤阻抗和肌电信号。这一成果在健康管理系统和康复工程管理中具有很大的应用潜力。
工业领袖之助
从天然动植物到合成材料，从棉毛丝麻到聚酯，从一根纤维，到一匹布、再到一套服装，纺织材料的发展，从实用性到功能性再到智能性，胡金莲表示：细小的纤维正在走进大世界，为人类的健康幸福带来巨大的影响。“我们正处在一个颠覆性的时代，纺织材料及纺织品也正在前所未有地被重视，被看作为人类带来健康和幸福的重要结构材料，可以为可穿戴电子、环保节能带来新的机会和给我们纺织行业带来新的繁荣。”
胡金莲强调，材料研究领域的特点是综合性强，它一头深深扎根于基础研究，另一头则与广泛的社会需求紧密相连。所以，她很注重与工业界的“双向奔赴”，总期待着能把有潜力的科研成果尽快推到市场上去，让它们去实现价值。在她看来，停留在纸面上的发明和专利并没有什么社会价值和经济价值，只有把它应用起来，推进产业化，造福公众，价值才能真正实现。
▲胡金莲和团队成员在一起
胡金莲拥有过研究院所和高校科研的工作经验，以及投身商海创业的多重经历，这是她与众不同的独特优势，这使她经常能够换位思考，知道企业的难处在哪儿。她会去主动结合各方的需求和长处，结合高校的研究方向和企业的需要，做到知己知彼，量体裁衣，有的放矢。胡金莲团队的表现获得了宝洁、英威达（原杜邦纤维）、中国染厂等国内外大企业的持续信任。在过去30年里，胡金莲带领团队与工业界合作了40余个项目，资金超过1亿港元，战胜的竞争对手中不乏美国麻省理工学院、德国国家实验室和日本大学这些国际知名团队。
自2021年起，胡金莲与科劲国际（King's Flair）合作，再次领导一条龙式研发纺织服装纳米材料电纺膜，利用根植于香港亚洲最大的无针电纺，最先进的纳米纤维生产设施，一系列开发出4个项目，产生多个专利，从而助力科劲国际成为香港政府最强的合作伙伴之一，入驻“香港先进制造业中心”。
科创跟其他行业最不同的地方就是前进中的不确定性。所以，产业化的道路上并非只有掌声、风光和成功，也充满了泥泞、艰难和挫折。这期间工业伙伴的理解、支持和耐心，对项目的成功及对她个人的成长至关重要。胡金莲觉得自己非常幸运，可以得到像前中国染厂主席查济民老先生和现在香港上市公司科劲国际主席黄晓华先生的大力支持、理解和信任。“他们的高瞻远瞩，他们的严谨认真，他们魄力和能力，他们对科创的热诚，都是我前进的力量和成功的支柱。中国要有勤恳创新的科学家，更要有支持创新的企业家和工业领袖。”胡金莲认为是他们铺就了自己科创成功的路。
团队之光
跨界、交叉融合、产业化……一路走来，从最初的不解、质疑，甚至于争议，到现在大家对于新模式的接受、认可和协同合作，过程来之不易。胡金莲非常欣慰和自豪拥有着一支跨越行业甚至跨越系统的“大团队”，这支团结一致、勇于创新的队伍在一步一个台阶地努力前行。
“我作为团队的带头人可以设计很多路线，但是要把想法变为方案，光靠我一个人肯定是不可能的，这需要团队成员协同完成。正是有了这样一支有战斗力的团队，可以让我们从不同的角度进行深入的工作。也正因如此，在过去的几年中，我们能够连续不断地解决各种问题，推出新的成果。”同时，胡金莲也很感激得到了香港城市大学的充分支持，“城大给我们提供了一个非常好的平台，周围同事的研究背景各不相同，有各个不同领域的专家，所以多学科的交流与融合就更加方便，可以碰撞出更多的合作火花。”
在香港这座开放之都的国际舞台上，胡金莲找到了很多志同道合的合作者，组建团队、搭建平台、合作项目、拓展领域、寻求共赢。胡金莲的学生们自然也是她的“合作者”，她对青年人才的培养不遗余力。“其实每个人都有自己的特点和长处，每个人都能做好自己，把自身的强项发挥到极致，发挥到最大，就是对团队最大的贡献。我在年轻人身上也学到了很多东西，正所谓教学相长嘛。”胡金莲谦逊言道。
胡金莲强调，做她的学生知识面要广、动手能力要强，解决实际问题是硬道理。真才实学必须经历长期的积累，所以，她坚持认为，作为导师仅仅传授知识是不够的，更重要的是要教会学生把握立身之本，建立科学的思维方式，培养他们独立分析问题和解决问题的能力。
胡金莲常常告诫年轻人，材料作为一种媒介，可以和任何行业相结合，大有用武之地。如果做基础研究，就要理解深刻，做到前沿。如果是做产品，就要做到落地，要深入一线，和用户紧密结合，了解应用需求。几年过去了，胡金莲带领快速成长的团队，驶入了科研高速路。对待团队成员，她展现出特有的亲和与坦诚。她明白作为一个团队的核心，想要获取凝聚力，不仅在于本身的学识如何，更重要的是在品格上让人信服。或许是在海外多年熏陶的缘故，胡金莲的团队管理模式很“open（开放）”，尽力创造一种自由的氛围和空间，使大家在一种“快乐工作”的团队气氛中能充分发掘出每一个人的潜能，激发出更大的创造力。
这些年来，胡金莲带着团队一路风雨兼程，她的努力和付出也得到了世界同行的认可与尊重，与纺织技术和材料相关的各大奖项纷至沓来。2023年，鉴于她在纺织和生物医学应用形状记忆聚合物和纤维方面的杰出成果，为生物材料、医疗器械、能源疗法、数字医学、智能聚合物、纤维、纺织品和服装的基础与应用研究作出的重大贡献，胡金莲当选为2022年度美国国家发明家科学院院士。不久前，在中国工程界的高规格奖项之一、用以表彰在工程科学技术及工程管理领域作出重要贡献人物的第十五届“光华工程科技奖”的评选中，胡金莲又一次榜上有名。面对各种荣誉和奖励，她保持着足够的冷静：“获奖固然是值得纪念的一件事，但是获奖的成就感和满足度，并不如我们具体解决了某一个技术难题，或者完成了一项迫切的产业需求更大一些。”
尽管已经功成名就，但是胡金莲依然追求着对每一个细节的精益求精。她说，科学领域有很多东西，你知道得越多，就会发现你不知道的更多，就会鞭策着你继续挖掘自己的潜能。无论是科研，还是创业，都不是固定写好的剧本，而是要靠人勇敢地去探索未知的世界，不断地突破和大胆创新。“都说科技改变生活，改变生活的不仅仅是那些火箭上天、潜艇下海的重科技，就像纺织品、纺织材料上一个小技术的创新，同样可以让百姓的生活变得更加美好。”谈及未来，胡金莲充满了期待，“科学的魅力不就在于此嘛！”
专家简介
胡金莲，香港城市大学生物工程系讲座教授、博士生导师，美国国家发明科学院院士，英国皇家化学会、英国纺织学会及香港纺织及成衣学会会士，香港发明创新总会会长及粤港澳大湾区发明创新协会的常务副主席，桑麻科技奖（中国）和美国纤维学会杰出成就奖获得者。长期致力于智能聚合物/纤维/纺织材料、蜘蛛丝和仿生学、生物材料和可穿戴设备等领域的研究，是形状记忆高分子材料在纤维、纺织服装和医疗方面应用研究的先驱，斯坦福大学排名前2%的科学家，实际排名前0.07%，是全球纺织行业学者的领航人，具有全球影响力。
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
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