文 |《中国科学报》记者张晴丹

张婉清爱笑，笑起来眼睛弯成月牙，连眼尾都漾着光。认识她的人都说，几乎没见过她愁眉苦脸的样子——哪怕实验又砸了，她也能一边收拾残局，一边哼着小调，仿佛失败只是路过的一个小插曲，不值得为它皱一下眉头。

本科那会儿，暑假就是她的“科研狩猎季”。别的同学计划着去哪儿旅游，她却为了争取一个暑研机会，像撒网一样给全美各大高校的实验室发邮件，前前后后发了几百封邮件。虽然多数石沉大海，她也不气馁。

进入美国宾夕法尼亚州立大学读博时，张婉清有一阵子也迷茫过，看不进论文，不知道方向在哪。但她没坐在那里焦虑，而是跑去实验室“打杂”，边干边学。她有个朴素的观念：“方向不是坐在那儿等来的，是在实验台边、在跑步机旁、在跟同伴坐在地板上挠头讨论的时候，慢慢长出来的。”

带着这股“先做起来”的劲儿，张婉清和团队研发出了一款可以直接画在皮肤上的导电油墨电极。不久前，这项成果发表在美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。这种像液体创口贴一样的电极，能稳定采集心电、肌电、脑电信号，还能加入食用色素画出小熊、鲨鱼等各种图案。她是这篇论文的第一作者。而故事，要从更早的时候讲起。

直接画在皮肤上的导电油墨电极。

从“什么都想试试”到打开新世界的大门

张婉清的科研起点，并不是一个“从小立志当科学家”的经典叙事。她更愿意形容自己是一个“什么都想试试”的人——电子设计竞赛、数学建模、跳舞……她本科在位于成都的电子科技大学格拉斯哥学院就读，头两年，她几乎把感兴趣的领域都扑腾了一遍。

大一，她和朋友报名参加四川省电子设计竞赛。她负责软件部分，需要买一块STM32开发板。张婉清爸爸听完特别高兴，说：“买！买最好的！老爸给你报销！”结果，她们磕磕绊绊拿了个省三等奖。现在回头看，那个奖算不上多厉害，但那是她第一次体会到“把一个想法做出来”是什么感觉。

大二参加美国大学生数学建模竞赛，校内赛那几天刚好赶上她生日。她和两个队友在实验室熬了一个通宵，天亮时，她在电子科大主楼里看到了大学里的第一次日出。“虽然很累，但青春好像就是应该这样。”交完参赛作品后的第一件事不是睡觉，是回宿舍接着看《天龙八部》，那是她特有的“解压方式”，后来那次比赛拿了H奖（类似二等奖）。

但真正让她对科研“上头”的，是在英国格拉斯哥大学的经历。大三、大四两年，她进入一个实验室，自己捣鼓了一个关于智能门控和智能家居的小项目。每周组会，她要做PPT向老师和同学汇报：从最初的idea，到怎么实现，再到成品展示。那是她科研的“实战起点”。

然后疫情来了。宅家的日子里，她偶然接触到可穿戴设备这个方向，感觉打开了新世界的大门。吸引她的理由很“直观”：“他们的论文都好好看，五颜六色，有材料、有电子、有医学，还能做出实物。”比起之前基于MATLAB或Python的信号处理，可穿戴设备让她觉得“能动手，能创造”。就这样，她联系了宾夕法尼亚州立大学的程寰宇教授，一脚踏进了这个领域。

“回头看，我没有什么宏大的规划。很多选择都是因为好奇，想试试电子设计、想试试数学建模、想试试科研。正是这些‘想试试’，一步一步把我带到了今天。”张婉清说。

张婉清

把“痛点”变成“甜点”

刚到宾夕法尼亚州立大学读博时，张婉清有过很长一段迷茫期。刚从英国“魔鬼式”的大三、大四逃脱出来，她总想先当一阵“咸鱼”休息下；看论文也找不到方向，看着看着就开始走神——晚上吃啥？我的猫在家干啥？

但她慢慢意识到，“科研不是坐在那里等灵感，很多时候，方向是在实验台边长出来的”。她开始调整策略，不再逼自己想一个惊天动地的idea，而是先多做实验，多和老师讨论。“刚进实验室，自己的idea肯定还没形成，当个打杂的也不错；边打杂熟悉仪器，边看paper积累；还要和老师多多讨论，有时候老师一句话，胜读十篇paper。”

这个转变后来被她总结成一条给学弟学妹的建议：与其空想，不如动手。方向不是想出来的，是试出来的。

她的“方向”，就起步于“撕电极”之痛。

那是一次心电实验。银/氯化银（Ag/AgCl) 电极被牢牢贴在受试者胸口，实验数据采集得很顺利，但所有人都知道，真正的考验在最后——把电极揭下来。外围那圈粘合剂太牢了，慢慢撕开时，几乎是在“手动脱毛”。撕完以后，大家都忍不住笑了：电极边缘粘了一圈毛发，画面既滑稽又有点“惨烈”。

“如果忍受不了这种脱毛，就得先把毛刮掉，其实也不是很方便。”张婉清回忆道。更让她在意的，是另一个问题——商用电极只是直接贴上去，但皮肤表面在微观下其实有纹理，电极和皮肤之间总会有间隙。受试者稍微一动，信号就变得敏感、不稳定。

那一刻，她脑子里冒出一个念头：有没有一种电极，既能贴得牢、信号好，又不会让人受罪？

她和团队开始琢磨：如果把电极做成液体，像液体创口贴一样涂在皮肤上，干燥后成膜，是不是就能填满皮肤的微小纹理，实现紧密贴合？经过反复尝试，团队研发出一种以导电聚合物为基础的可涂抹导电油墨。

这种油墨在湿润时像胶水，涂在皮肤上不到10分钟就能干燥成膜。因为液态时会自然渗入皮肤的微观纹理中，干燥后无缝贴合，信号稳定性远超传统贴片电极。“就算受试者运动、挤压或捏住电极周围的皮肤，信号依然稳如磐石。”张婉清介绍。

但实验从来不会一帆风顺。做动态测试时（运动状态下的心电信号），团队遇到了新麻烦。为了让受试者能自由活动，团队把电极连上无线模块，让人在跑步机上运动。结果信号一会儿好，一会儿坏。“我当时想，完了，paper要掉一个档。”张婉清和两位实验室伙伴信心、张森浩坐在跑步机旁的地板上，对着一卷铜胶带抓耳挠腮地研究了半天。

“最后我们发现问题根本不在电极，而在于连接。电极本身很软，而传统的铜胶带连接线太硬，皮肤拉伸时容易脱落或产生干扰。两者只要有一点接触不好，一碰那个铜胶带，信号就有波动。”张婉清说。

她的解决方案很巧妙：利用可涂抹电极“从液体到固体”的特性，引入了一种多孔银纺织物。把液态导电油墨滴在银纺织物上，让它渗进去，干燥后两者融为一体，形成稳固的“连接器”。银纺织物另一端再连接信号设备，即使拉伸50%，连接依然完好——相比之前，铜胶带早就脱落了。

解决了连接问题后，张婉清又冒出一个“好玩”的想法。

有一天，她刷社交媒体时看到小朋友的脸部彩绘视频，突发奇想：“既然这是一种可以‘画’在皮肤上的电极，为什么不能真的像画画一样？”她把食用色素加进电极液里，第一笔下去，她就意识到“这事儿可能真行”。

于是，小熊、鲨鱼、狐狸、西瓜……各种图案出现在受试者手臂上。实验室里所有人都很兴奋。“科研很多时候是严肃的，但那一刻大家都很开心。我觉得科技除了追求性能，也应该让人感到亲切。”张婉清说。

可以画成各种图案的导电油墨电极

她设想，如果小朋友做检查时，手臂上画的不是冰冷的电极，而是一只小熊，也许就不会那么紧张了。“如果有小朋友因为手臂上的小熊而没那么抗拒检查，那我们做的这件事就很有意义。这不仅可以提升小朋友对医疗检测的体验感，也能给我们的科研增加一点活人感。”

张婉清

像“打不死的小强”一样做科研

科研之外，张婉清有一项坚持了近二十年的爱好——跳舞。

从幼儿园开始，她就被妈妈送去学中国舞。小时候有过“一哭二闹三上吊”的抵触期，但妈妈始终没妥协。长大后再回头看，她无比感激：“跳舞真的塑造了我很大一部分性格。”

在电子科大，她是高水平艺术团、舞蹈团的成员，以特长生身份活跃在各大演出中。“不是在排练，就是在演出，要不就是奔波在路上。”本科生活她“像在拿命过”，但她乐在其中。

跳舞时的张婉清

跳舞教会她耐心，一个动作得练不下百遍，反复打磨；也教会她韧性，“成为一个打不死的小强，跌倒了就站起来”。这种心态被她直接“平移”到了科研中。

读博期间做实验，她经历了无数次的失败。最初，实验成功了就特别高兴，失败了就伤心；后来慢慢变得淡定，成功时会提醒自己“不要高兴得太早，肯定还会有失败的地方”；果然又失败了，那就继续搞，搞着搞着，感觉没戏的时候，又总能救回来。

有一次发生过戏剧性的一幕。张婉清当时在用肌电信号控制机械手，那是实验室的“祖传设备”，已经使用很多年了。她花了很长时间采集数据、训练模型，好不容易实现了准确控制，准备拍视频的时候，“咔哒”一声——机械手有根手指的螺丝掉了。“当时我右手贴满了电极，趴在地上到处寻找那颗螺丝。大晚上的实验室就我一个人，我还想着太好了，快收工回家了。结果手废了，螺丝也没找到，当时就感慨‘造化弄人’啊，科研怎么总喜欢在最关键的时候考验人。”

“一路都是过关斩将的感觉。”张婉清说。好在她是天生的乐观派，总能积极面对一切。

她始终记得导师程寰宇说过的话：“我并不是期望你一定要发多好多好的paper，但我希望你拥有发现问题并解决问题的能力。”这句话成了她的定心丸。

因为不把发论文当作唯一目标，她的科研之路反而少了很多焦虑。“我不觉得那是‘卷’，就是在干我喜欢的事，干劲满满，很快乐。”张婉清说。

如今，这款可涂抹电极的论文已经发表在PNAS上。从最初想解决“撕电极很疼”这个小问题，到实现心电、肌电、脑电的稳定检测，再到把电极变成卡通图案，张婉清越来越相信一句话：“好的科技不一定是越来越复杂，而是越来越自然。”

而科研带给她最大的感悟是：“不要害怕不知道自己要去哪里。很多时候，只要一直往前走，答案会在路上慢慢出现。”

文中图片皆为受访者提供

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2615835123