小小换能器大有作为
——苏州医工所2020年度优秀职工简小华研究员先进事迹
2011年2月，一个平平常常的日子，沉眠了一冬的小草刚被习习的暖风吹醒，就迫不及待地在乡野间、道路旁铺展开来，春天已经不知不觉地到来。刚博士毕业离开学校的简小华转身也在这个初春来到了中科院苏州医工所，在这里他将投入一项目前自己都不知道的工作，研发一种至今都还没接触过的超声换能器，并一直持续至今。
新所新人，结缘超声。2011年初的苏州医工所还在筹建阶段，刚从租借的场地搬入自己的园区，各个部门的主要研究方向和实验室都未完善，和所有刚入职的新员工一样，怀着忐忑和期待的心情，简小华博士被安排到了医学影像室，但具体工作待定。由于不是常规毕业生就职工作的七八月份，离所里集中培训的时间还长，室里也没有同期入职的同事可供交流，对于研究所的工作方式和自己将来的研究工作，简小华博士此时都是迷茫的。但相信天道酬勤，努力不会白费的他，还是坚持利用好每一分工作的时间，一方面了解研究室相关研究人员、课题和方向，一方面充实相关基础知识和技能。恰逢室里刚从国外留学归来的崔崤峣博士和严加勇博士正在组建医用声学研究课题组，两位还都是交通大学的校友，天然的亲近加之二位待人处事的风格让简小华博士选择加入了团队。
刚进入团队时，简小华博士完全不知道超声换能器是什么，是怎样工作的，更别说要去做一个超声换能器。而且之前他的专业是光学，而现在的研究对象却是超声，无论是从其工作频率、性能和应用领域，两者都具有很大的不同。但他相信，大学教育给他的不仅是丰富的专业知识，更重要的是他自己掌握了科学研究的方法，具备了独立开展科研工作的能力。为了更快地进入角色和工作，简小华博士选择从以下几方面入手：首先，恶补超声背景和专业知识，掌握行业研究和发展历程，了解当前研究热点和难点。从综述和高引论文开始，每天至少都要看10-30篇中英文文献。其次，向前辈和同事请教相关的研究背景，需要了解的基础和专业知识，请他们推荐相关的专业书籍和文献报导等，快速聚焦研究工作领域。再者，多做一些力所能及的事，比如负责实验室设备的购置和验收工作等，这些不仅让他熟悉了相关科研设备的性能和国内外现状，也为后来申报苏州市医用超声重点实验室、院修购专项和血管内检测方法和标准的制定等奠定了良好的基础，也正是努力不会白费。最后，基于课题研究工作的部署和人员配置，找到他自己的定位，结合自身的特点，确定了他今后工作和攻关的方向—微型高频超声换能器。
之所以选择研究超声换能器，是因为简小华博士当时了解到超声换能器是超声系统中的核心器件，一方面发射超声波，是系统的源器件，另一方面又接收回波，是系统的传感器，所以它的性能直接决定了系统性能的优劣。而在当时，国内虽然已有近100家的B超企业，但是能够自主研制超声探头的企业却只有爱培克、汕超等少数几家，且国内企业研制的都是普通的体外线阵和凸阵等常规体外探头，而微型高频的体内探头国内还处在空白阶段。这导致国内超声高端产品完全被Philips、GE、Simons和Olympus等国外企业垄断。而微型的体内超声换能器，又多是消耗性的探头、价格非常高昂，如血管内超声探头一个近1万元，只能使用1次；超声内窥镜小探头，一个8万多元，寿命不超过200小时。而血管内超声是冠脉检查的金标准、超声内窥镜是先进的消化呼吸介入诊疗工具，国产产品的空白，导致国外进口产品价格高昂，极大地增加了相关病患的医疗费用，限制了相关先进诊疗技术在我国的推广和使用，是高端超声影像设备的卡脖子技术。因此，作为科研“国家队”中科院的一员，想着大丈夫应有所为，勇挑科研重担的他义无反顾地投入到了相关的科研工作中。
远洋求学，掌握核心。当时国际最先进的微型高频超声换能器研制技术是由美国北卡罗纳州立大学江小宁教授及袁建人博士等人提出的基于MEMS深度刻蚀的PC-MUT技术。该方法研制的微型高频超声复合材料和换能器在血管内超声等领域得到了很好的证实和应用，性能全球领先。为了掌握这一技术，在中科院留学基金的资助下，简小华博士离开了新婚的妻子和家人，于2012年9月作为访问学者来到了美国江小宁教授的实验室。虽然此时已经年纪不小，却是他第一次走出国门，难免忐忑，时差、语言、住宿、饮食、文化等经历的种种问题不表，简小华博士更担心的是自己没法完成背负的使命，完成课题的任务。简小华博士至今还记得第一次在江老师办公室的对话，他说你现在这个时候正是出成果的时候，好好努力，大有可为。是的，华人在国外要想成功不容易，唯有努力才能取得成功。在江老师和其实验室同学的帮助下，他很快进入了角色，虽然是访问学者，但简小华博士坚持和实验室里别的同学一样，每天准时到实验室，晚上加班到10点左右，参加每周的例会汇报工作进展和学术交流，周末节假日也主要在实验室里度过。为了掌握PC-MUT技术，他在NCSU接受了相关的MEMS培训，拥有了自己的使用账号，可方便地出入学校的超净间和微纳加工中心进行工艺的摸索和优化。记得有一次做实验，他为了尽快测得结果，做完SEM实验都凌晨了，出来才发现蹭车的实验室小伙的二手汽车电瓶还坏了，大半夜请别的同学来紧急救援，不过聊以自慰的是，所幸当日的实验结果还不错。还有一次，由于急着做实验又是第一个到超净间去开特气阀的时候，没有留意到气体室里的地面上有绿色的不明液体，结束时才发现超净服的鞋子被污染了，幸好身体无碍。事后更是被学校微纳加工平台的负责人好一顿教育，还接受了再次的安全教育考试，才重新获准实验室的使用权。在访学期间，他还碰到过多次，因为超净间气体泄漏或者别的安全隐患，警铃大作，而不得不中断实验，仓皇“出逃”，在实验室外苦等无果的无奈。当然，更多的还是一步步接近成功的喜悦：第一次自己完成光刻、镀膜和刻蚀设备的操作、第一次自己用切割机切出换能器、第一次得到满意的SEM图片、第一次测得阻抗回波信号等等。
功夫不负有心人。在国外的这一年时间里，最终他成功掌握了PC-MUT的整套工艺，包括厚胶光刻、IPO深度刻蚀、精密研磨和切割、电镀镍、蒸镀溅射电极、换能器镀膜测试等等，研制出了尺寸小于0.5 mm，频率高于50 MHz的高性能1-3压电单晶复合超声换能器。并改进了相关理论，联合国外的老师、同学一起发表了多篇会议和期刊论文，后来在此基础上，还归纳整理了专业英文书籍一本。最后，很多在实验室读书的中国留学生都开玩笑地说：“简老师，你是我们见过的最努力的访问学者了。别的访问老师都是走走样子，忙着去体验美国大好风光，从没见过像你这样天天和我们一起呆在实验室里看书做实验的。”
小小器件，大有可为。回国后，简小华博士成为了换能器组的组长，领导小组完成了科技支撑计划课题血管内超声成像系统核心器件超声换能器的研制工作。2015年初经国家武汉超声检测中心检验，他们研制的PZT、PMN-PT和1-3复合3种超声换能器在中心频率、带宽和最高分辨率方面都超出了项目最初设立的验收指标，性能达到国际同类产品先进水平。不久后，其研制的血管内超声成像系统成功转化给了合作企业，打破了国外垄断，填补了相关产品的国内空白。
紧接着，简小华博士通过之前科技支撑计划验收时发现的血管内超声检测缺少国家标准，相关检测方法不足的问题。结合体内超声设备工作频率高、探头结构多样，且体内工环境复杂，安全可靠性要求高，与传统B超设备有着很大的不同，导致现有的医疗超声检测标准与体模都无法满足其检测需要，极大地限制了相关技术与产品在我国的推广与使用的现状。他联合武汉国家超声检测中心，承担了2016年国家重点研发计划体内超声的检测标准和安全可靠性的研制任务。作为课题负责人，简小华博士带领团队配合检测部门和企业，联合参与了相关检测标准的制定工作，目前《血管内超声诊断设备通用技术要求》（标准号YY／T 1659-2019）和《超声内窥镜》（标准号YY/T 1676-2020）的两个行业标准都已通过国家标技委认可，并颁布实施。这对于我国血管内超声成像系统、超声胃窥镜、超声支气管镜等超声内窥镜设备的研发、生产和监管将起到重要指导作用。
随后，依托掌握的微型超声换能器核心技术，简小华博士联合国内优势企业包括迈瑞、开立、乐普、华科等，成功将研制的换能器拓展到了消化、呼吸、脑神经等更多的医疗领域，并承担参与了多项国家重点研发计划、国自然基金重大仪器、中科院装备研发和卡脖子项目研究等。取得的成果包括合作研发了国内首台消化超声内镜、超声支气管镜等多款超声医疗器械产品，打破国外技术垄断，为我国体内超声成像技术的发展和进步贡献了一份自己的力量。
在2015年简小华博士被任命为声学室的副主任，除了科研本职工作，还负责室内科研项目申报管理、实验室平台建设、国际合作交流和成果转化等工作。在项目申报方面，其拿到了十三五期间每年体内超声成像指南的课题任务。在实验室建设方面，于2016年获批苏州市医用超声重点实验室，并利用中科院修购平台不断完善和提升科研设备。在交流合作方面，与国内的诸多医院如301医院、友谊医院、齐鲁医院、苏大附一院、吉大白求恩医院等开展了多项医工结合项目，使研究成果真正落地，应用于临床。也与德国慕尼黑大学、美国北卡罗来纳州立大学等开展了深入的国际合作和科研工作的交流，合作项目开发超灵敏超声换能器，新型光声成像传感器等，包括提出了多光谱热光声成像技术，光声测温精度优于0.1度，性能达到全球最高；研制了全球最小的超声储能和通讯装置，结果发表在Nature Communication等国际知名刊物上。在成果转化方面，微型高频超声探头实现产业化，简小华博士已有6项专利授权成果转化，总计近千万元。作为创始人之一的成果转化公司苏州国科昂卓医疗科技有限公司于2018年获批高新技术企业，这是国内目前唯一实现体内超声换能器批量生产销售的企业，累计销售千万余。
当然，坚持以技立身的简小华博士时刻不忘提升自己的业务水平和科研能力，近年来积极地拓展相关科研领域：从PC-MUT工艺到皮秒脉冲冷加工；从单阵元换能器到多阵元换能器；从平面换能器到凸阵、线阵、相控阵换能器和面阵换能器；从超声成像诊断向超声诊疗拓展等。路慢慢其修远兮，吾将上下而求索。
最后，简小华博士表示自己取得的点滴成绩，只是在前人基础上取得的一点小小进步，未来还有很长的路要走，还有很多工作要做；同时也离不开单位领导、课题组同事、同学和各位同行前辈的提携和帮助，在此一并表示感谢。
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