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武汉光电国家研究中心追光驭电攀高峰

  • 来源:互联网
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  • 2019-10-08
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  具有自主知识产权的数字PET技术比传统设备能更早、更精准地发现包括肿瘤在内的各种病灶,被称作“癌症预警机”,应用场景广泛。 冀娴贤摄

  武汉光电国家研究中心超快光学实验室内,兰鹏飞教授正在做“阿秒相机”实验。 本报记者 柳 洁摄

  武汉光电国家研究中心作为我国首批组建的6个国家研究中心之一,围绕集成光子学、光子辐射与探测、光电信息存储、激光科学与技术等方向,开展基础性、前瞻性、多学科交叉融合的创新研究,取得多项全球领先的技术成果,并成功转化应用于产业和市场

  华中科技大学被誉为中国光谷的“斯坦福”。2003年,为应对全球光电技术与产业的飞速发展,华中科技大学联合中科院武汉物理与数学研究所、武汉邮科院、中船重工第七一七研究所,共同组建武汉光电国家实验室(筹),2017年获批组建武汉光电国家研究中心。

  武汉光电国家研究中心聚焦于信息光电子、能量光电子和生命光电子三大领域,围绕集成光子学、光子辐射与探测、光电信息存储、激光科学与技术、能源光子学、生物医学光子学、多模态分子影像、生命分子网络与谱学等8个方向,开展基础性、前瞻性、多学科交叉融合的创新研究,取得多项全球领先的技术成果,并成功转化应用于产业和市场,已经成为国家科技创新体系的重要组成部分。

  给分子电子拍照的“相机”

  经济日报记者在武汉光电国家研究中心超快光学实验室看到,两间实验室的大部分空间都被数台仪器占据。“你可别小瞧这两间不大的实验室,都是我们采购元器件自己研发设计组装的实验设备,‘阿秒相机’就在此诞生。”该实验室现任“掌门人”、80后博导兰鹏飞说,他们用激光做成了几件事:用激光制成快到可以捕捉到电子运动的“阿秒相机”(1阿秒等于10的负18次方秒,是人类目前实验上实现的最快时间尺度);用激光操控空气中分子的运动。

  “‘阿秒相机’能给氧气分子做CT,能给电子拍照。”兰鹏飞介绍,分子、电子的运动速度很快,电子快到一眨眼的时间可以绕原子核转6500多万亿圈,而他们找到了运用激光实现超快成像的方法,能够为分子乃至更高速的电子拍照。“运用激光来捕捉分子电子的运动,就必须有更快的速度,拍摄的对象才能相对静止。”兰鹏飞解释最快相机的原理时说,“这个好比拍电影,电子是演员,我们是导演,激光就是最快的‘摄像机’。”

  “现在我们不仅给电子拍照,还尝试用激光操控电子的运动。”兰鹏飞说,目前集成电路上都是电子传输,速度已经达到极限,若用激光操控电子传输信息,速度可以快上6个数量级,达到目前速度的100万倍。未来运用到芯片技术上,将使芯片达到惊人的速度。

  超快光学实验室的人员都是80后、90后,但已经走在光学领域的国际前沿。就是在这个实验室,兰鹏飞首次提出了双色光单阿秒脉冲量子调控新机制,利用该机制产生了2.6吉瓦的阿秒激光,单脉冲能量迄今仍保持世界第一。

  精准的“癌症预警机”

  6月4日,与CT、核磁共振并称为医学影像“三大件”的PET设备研制又有突破性进展。国家药品监督管理局公布《准产批件发布通知》:“正电子发射及X射线计算机断层成像扫描系统”通过审批。这标志着武汉光电国家研究中心研究员、华中科技大学谢庆国教授团队用19年的心血,凝聚一系列自主原创技术打造的全数字PET进入市场。

  “与普通PET-CT的区别就像数码相机和胶片相机,在技术上是质的飞跃,有望带来PET应用场景的全面革新。”中国科学院院士倪嘉缵表示,全数字PET从关键材料、核心元器件到系统整机全部为中国自主研发,是自主创新的代表性成果。

  PET是正电子发射断层成像的简称,是一种生化灵敏度极高的核医学分子影像技术。具有自主知识产权的数字PET技术,以“全数字”和“精确采样”为特点,比传统设备能更早、更精准地发现包括肿瘤在内的各种病灶,被称作“癌症预警机”,在癌症、老年痴呆症、帕金森综合征等疑难杂症早期检测领域,具有广泛应用前景。由于涉及核物理、电子、材料、精密制造、生物医学等诸多学科,技术门槛高,其关键技术和设备市场被少数跨国企业垄断。

  数字PET是一个全新的事物,涵盖了从原理、系统到应用的整个创新链。临床全数字PET产业化负责人张博介绍,它能发现直径2毫米、芝麻粒大小的病灶,检测精度是普通PET-CT的20倍,准确率高达90%以上,患者做一次全身检查仅需5至10分钟。该设备的诞生是我国高端医疗仪器领域自主研发零的突破。

  近日,首台脑部专用全数字PET已在中山大学附属第一医院装机,目前,该设备已完成多例脑部成像试验,将在阿尔茨海默病、帕金森等重大脑疾病中大显身手。

  参与全球竞争的“国家队”

  记者在武汉光电国家研究中心看到,谢长生教授团队研发的大数据光盘库,外形就像一个电话亭,里面最多能放12240张光盘。每张光盘存储量达到128G,其总容量超过了1.5P(1P是1T的1000倍)。量产后,成本仅为硬盘的50%,保存周期至少30年。这标志着我国信息存储技术有了重大突破,有望打破我国归档存储技术长期被国外垄断的局面。

  武汉光电国家研究中心的定位是站在光电子创新的潮头,代表国家参与世界竞争。420多名光电一流人才在这里聚集,研发前沿技术。

  通过一套叫MOST的高科技设备,老鼠脑里的神经和血管结构、有无疾病,一看便知。武汉光电国家研究中心骆清铭教授率队在世界上首次获得高分辨率小鼠全脑三维连接图谱。

  一块普通的导电玻璃,用丝网印刷技术,分三层刷上二氧化钛、二氧化锆和黑色的碳电极,再填充一些钙钛矿材料,就能在家里发电。韩宏伟教授团队研发的“印刷太阳能”,让太阳的光能瞬间转化成电能,并且比传统太阳能转化方式更高效、更便宜。

  闫大鹏教授团队研发出我国首台万瓦连续光纤激光器。经由一根绣花针粗细的光纤,释放出的激光能量可焊接飞机、轮船。由此,中国成为继美国后世界第二个掌握此技术的国家。

  依托武汉光电国家研究中心,武汉光电工业技术研究院、华中科技大学鄂州工业技术研究院、华中科技大学(苏州)脑空间信息研究院三大成果转化平台相继成立,一个个实验室成果走向市场。

  截至目前,武汉光电国家研究中心主持和承担各类项目课题3000余项,拥有发明专利1438项、实用新型专利243项,孵化高新企业100余家。(经济日报·中国经济网记者 郑明桥 柳 洁 通讯员 王潇潇)

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