北大女博士坚守13年后,在武汉让“冷门”技术走向全球

背着双肩包，一头长发利落地别在耳后，北京大学电子学院碳基电子学研究中心副研究员肖梦梦从北京风尘仆仆赶到武汉。这已经是她7月第3次来武汉了。7月31日，肖梦梦跟武汉纳为科技有限责任公司（以下简称“纳为科技”）朱海峰碰产品迭代的数据，下午还要一起去见客户。

“以前一年来不了一次武汉，现在一个月来三次。”她笑着说。

碳基传感器晶圆。记者陈智 摄

13年前，她刚读博时选择了碳纳米管传感器这个“冷门”方向。13年后，她的技术正走向实际应用转化。纳为科技生产的水质监测产品已经遍布全国16个省区市的超200个点位，荣获湖北省科学技术进步奖二等奖，前不久还在日内瓦国际发明奖上摘得银奖。目前，产品样品已经发到美国测试，准备打开海外市场；企业的新生产线预计明年8月投产……而她的目光，已经投向了更远的地方。

展会“偶遇”

2024年6月，湖南长沙，一场传感器行业展会。

武汉纳为科技的技术团队在一款碳基传感芯片前停了下来。这款芯片来自北京大学碳基电子学研究团队孵化的湖南元芯传感科技有限责任公司（以下简称“元芯传感”）。团队负责人当场给朱海峰打电话：“朱总，我们找到了！”

当时，纳为科技正在全球范围内寻找能实现水质原位监测的技术方案，已经“苦苦搜寻”了半年多。而肖梦梦团队研发的碳纳米管传感器正好符合他们的需求。

碳纳米管有两个天生优势。第一是极小，直径只有1到2纳米，是头发丝的万分之一，对外界电荷扰动极其敏感。第二是电子在里面跑得极快，大约是硅的100倍以上。“我们做传感器，就是把这根细到看不见的管子变成能‘感知’万物的工具。”肖梦梦说。

仅两个月后，批量化样品完成测试。2025年12月，元芯传感正式成为纳为科技战略股东。从北大实验室到武汉供水管网，一条产学研转化链条被彻底激活。

朱海峰说：“我们几乎没在合作方式和知识产权上做过多的讨论，一门心思先把产品做了出来。一群有志于服务水安全事业的科研团队和企业，走到了一起。”

在纳为科技的展厅墙上，密密麻麻列着碳基传感器的应用场景：从市政供水到排污口监测，从电厂循环水到医药、电池制造行业的超纯水检测，甚至包括医院、数据中心、机场、校园的供水安全……“每一滴水都值得被精准守护”。

武汉纳为科技有限责任公司董事长朱海峰手里拿着多参数水质传感器。胡赞威 蔡旭 摄

截至今年7月，纳为科技的产品已进入全国16个省区市，从济南泉水直饮工程到湖南千吨万人水厂项目，再到广州花都、内蒙古二连浩特、西藏当雄、海南海口。不到两年时间，碳基水传感设备已部署到全国超过200个点位，在武汉及周边地区服务近500万人口。

在游泳池里找出一粒盐

2013年，肖梦梦开始读博。碳纳米管生化传感器在当时是个“冷门”方向。“做碳基芯片的同行在追集成电路，做传感器的同行在用成熟材料。碳管传感器涉及物理、电子、化学、生物、材料交叉，产出很慢，一开始我非常焦虑。”肖梦梦说，“但我也很幸运，遇到了彭练矛院士和张志勇教授。他们教会我用第一性原理看问题——只要物理本质上有优势，就值得坚持。”

13年间，她做了三件事。

北京大学电子学院碳基电子学研究中心副研究员肖梦梦介绍碳基传感器晶圆。胡赞威 蔡旭 摄

她首先提出了“感传解耦”型碳基浮栅晶体管架构，把检测灵敏度做到aM量级——相当于在标准游泳池里找出一粒盐。接着，在国内率先建成碳基传感器晶圆级批量制造工艺线，批次性能不均一性控制在6%以内。她开发了特殊封装工艺，让敏感的碳管传感器在真实水环境中“即插即用”，成本降低90%。“但恰恰是‘冷门’给了我们足够的时间去沉淀，把基础问题一个一个啃透。”肖梦梦说。

多参数水质传感器应用场景。受访者供图

“放眼全球，北大碳基电子学研究中心是碳基电子领域的开拓者和领跑者。”肖梦梦介绍，早在2007年，团队就提出了无掺杂碳基CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺。2017年，团队在《科学》杂志发表了全球首个5纳米栅长碳纳米管晶体管，至今仍是世界领先技术的保持者，走在了美国斯坦福大学、麻省理工学院等世界顶尖科研机构的前面。

在碳基传感这个细分方向，aM级检测极限是国际领先水平，多参数集成、晶圆级批量制备和封装工艺更是全球独一无二。更重要的是，北大团队是目前世界上唯一打通了从碳管材料、到器件工艺、到系统集成、再到产品解决方案全链条的团队。

有望提前10年发现

阿尔茨海默病风险

“新技术产业化最怕‘拿着锤子找钉子’！不是我们拿着技术去找应用，而是纳为科技带着水质监测的真实需求主动找上门。”肖梦梦直言，很多关键取舍都是需求替我们做的决定。比如，要管网直插，尺寸就必须微型化；要无人值守，功耗就必须极低；要成本可控，就必须免试剂、少维护。

“场景定义了产品，需求校准了技术。没有真实需求的牵引，再好的论文也走不出实验室。”这也是肖梦梦对年轻科研工作者的建议，“选方向别太在意‘热’还是‘冷’，要看它是不是一个真问题，真问题就有坚持价值。同时要多走出实验室，去一线看看真实的问题。”

纳为科技。胡赞威 蔡旭 摄

在她看来，水只是碳纳米管传感器的“起点”。她解释，碳基传感器是一个通用平台，换不同的探针分子，就能测不同的目标。

“阿尔茨海默病早期筛查，通过血液中的标志物蛋白检测。”她透露，“我们拿到了国内首个FET（场效应晶体管）生物传感相关技术的发明专利，希望推广到社区筛查，争取比现有手段提前5到10年发现风险。”此外，还有癌症标志物筛查、病毒核酸快检。他们的目标是用2分钟完成与PCR（聚合酶链式反应，目前核酸检测的“金标准”技术）精度相当的检测。

多参数水质传感器。受访者供图

“未来，比创可贴还薄的一个贴片，悄无声息地把生理数据传到手机。疲劳指数、营养状况、激素水平、感染风险，一目了然。家里的马桶每天自动做一次尿液分析，老人独居不用跑医院也能持续监测慢性病。”畅想未来，她给出了这样的描述，“让检测像呼吸一样自然。”