诺贝尔化学委员会主席约翰·奥奎斯特说：“量子点有许多迷人而不同寻常的特性。重要的是，量子点根据其大小具有不同的颜色。”正由于他们在尺度上的不懈探索，纳米科学自此真正发端，相关领域的研究如雨后春笋般出现，极大扩展了人类对于尺度这一维度的认识。

究竟什么是量子点？

量子点，又称半导体纳米晶，是由数百至上百万个原子组成的、尺寸通常在几个到十几个纳米的半导体单晶颗粒。通过改变纳米单晶的尺寸，其半导体性质会发生显著变化，这使得量子点与传统的半导体材料在特性上存在显著差异，并能够展现出一些全新的特性。每一个半导体纳米晶成为一个独立的量子系统，其光学和光电性质与尺寸密切相关。这种效应被布鲁斯等人命名为量子限域效应，半导体纳米晶由此得名量子点，或者人造原子。

在量子限域效应下，量子点受激发后可以发射荧光。由于量子尺寸效应，量子点的尺寸越大，光子的能量越低，波长就越长，发出的光越偏向红光。反之，量子点的尺寸越小，释放的光子波长越短，发出的光越偏向蓝光。量子点具有广泛可调且独特的光学、电学、化学和物理特性，这些特性涵盖了能量收集、照明、显示、相机、传感、通讯和信息技术、生物医学等领域。这些技术已经走进我们的生活，被用于高效激光器、显示器、生物标记和太阳能收集设备，并且在光伏、传感和量子信息领域正在兴起。

今天的主人公温诗辉的研究，就是利用新型发光纳米材料来实现生物分子的超灵敏检测。

纳米世界的指挥家

发光纳米材料不仅能够提供高分辨率的成像，还能实现实时、动态的生物过程监测，对早期疾病检测和精确治疗至关重要。稀土掺杂上转换发光纳米颗粒是其中一类重要的发光材料，它可以通过双光子或多光子机制将低能量的激发光转换成高能量的发射光。

近年来，上转换纳米颗粒作为一种新型的生物标记物在生物方面的应用备受关注。与传统的荧光标记物（如有机染料、量子点等）不同，上转换纳米颗粒的激发光为红外光，可以有效避免生物体自体荧光的干扰，从而提高检测的灵敏度及信噪比。温诗辉的研究致力于精细调控稀土掺杂纳米晶体的制备，设计新型发光纳米探针，并探索其在生物医学检测中的应用。

如果用一个通俗的比喻来形容，温诗辉就像是纳米世界的指挥家，通过“指挥”不同配体的比例，实现了纳米颗粒在不同晶面的选择性生长和尺寸、形貌组份的“魔法”控制。他开发出高亮度和超灵敏度的稀土纳米探针，以实现对低浓度信号分子的精确定量分析，用于快速灵敏的疾病检测和诊断。

温诗辉对“光”的追求始于研究生阶段，当时他接触到纳米光子学领域的前沿研究，特别是稀土掺杂纳米材料在生物医学中的应用，这一领域深深激发起他的兴趣。

科学世界的发现从来不是一蹴而就的。在悉尼科技大学做博士后时，他和团队最初希望设计一个纳米条形码结构，但无论怎样都无法实现。在迷茫之中，当时的导师金大勇院士的一个建议令他茅塞顿开：“既然无法做到静态控制，那就跳出传统，试试动态控制，从量子点发展历程找寻思路，或许他山之石可以攻玉石”。最终，他们发现一切的关键在于对原来浓度的动态控制，利用热注射法实现了三维可控生长。

这是因为通过热注射法可以精准控制并实时保持原料在所需的浓度。利用这个原理，他和团队首次构建具有多维光学特性的纳米条形码，实现了不同镧系元素在特定位置的可控掺杂及超分辨光学解析。此项原创性成果于Nature Communication上发表。

温诗辉说，如果要用一个词来形容自己的学术精神，那一定是探索。科学研究需要不断探索未知，要在大胆探索的同时保持细致入微的观察和总结，因为重要的发现常隐藏在细节之中。具体来说就是“有所发现、有所发明、有所创造”：发现现象做出假设，设置更多的变量，从而找到更多的现象；当有足够多的现象，可以从中发现其内在的联系和规律；利用这些规律，进行操控，实现创造的可能。

在团队的努力下，纳米级的条形码技术已应用于快速、灵敏的妊娠高血压疾病检测。2020年疫情期间，团队还开发出专用于新冠病毒检测的试纸条技术。2021年温诗辉荣获澳大利亚研究委员会优秀青年研究探索奖(DECRA)。

代代传承的探索精神

追逐光，成为光，散发光

2024年，温诗辉结束了近十年的澳洲求学和工作之旅，选择回国加入东方理工。从当年那个被导师启发的青年，到如今成为一名独当一面的PI，短短几个月间，他已经完成了实验室仪器的采购和团队的组建。这一切，他归功于东方理工——这所新型研究型大学没有繁琐的流程和冗长的会议，让学者们能够专注于自己喜欢的科研工作，从而令效率加倍。

在身份转变的过程中，温诗辉逐渐形成了一套独创的“打靶论”。他认为，每个学生都有独特的灵感和视角，培养学生的过程就好像训练他们打靶一样。即使为他们设计好了目标，指明了一个方向，最终的结果可能仍然是偏离的。“没关系，他们打到哪里，我就指导到哪里。”他笑着说。科研就是在发现问题和解决问题的路上，不断突破和前进。科学的重大发现，很多时候都不在我们意料之中，而在于偶然的发现之中。

温诗辉将自己当年从导师那里收获的这份探索精神，用这种特有的方式传承给自己的学生们：追逐光，成为光，散发光。

时代更迭，师恩不变。今日正值第40个教师节，祝所有的老师们，节日快乐！