回顾自己多年的科研路，江雪觉得正反馈起了很大的推动作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推动静止的轮子，一开始需要花费很大的力气，而一旦轮子开始转动，只要用比较小的力，就能让它越转越快。

音乐厅中回荡的美妙乐声、孕检B超图显示的小生命、深海探测与通信……人类的生产生活中，处处存在利用声波的案例。

超声波承载的信息与能量是声学在医学的应用中“一个最好的突破点”。由于B超影像分辨率较低，一些疾病的早期症状在影像中表现并不显著。倘若从物理学角度，利用声学人工结构等技术提高超声成像精度，就能为尽早发现异常增添一份可能。

针对医学应用中的需求，复旦大学信息科学与工程学院副教授江雪用声学人工结构对声波进行精准调控，实现了三维空间任意位置的精准聚焦。她作为第一作者提出了三维亚波长分辨率超声成像，实现了亚波长（0.58波长）分辨率，达到了纳米量级。

作为声学领域的研究者，江雪以声为器，从物理学角度持续提出创新方案。

▲江雪在实验室开展工作/图源：江雪

让一只蚂蚁绊倒大象

声波被广泛应用在医学成像领域，以超声成像为例，因其安全无辐射、灵活度高、性价比高等特点，在常规体检中被广泛用于腹部脏器的检查。然而，现有的绝大部分医学器件都是以自然材料为基石设计的，受材料物理属性的限制，超声波在衍射成像过程中存在一个难以突破的衍射极限，影响了成像的精度，分辨率低成为无法忽略的硬伤。

成像清晰度在很多疾病的诊断中都起着关键作用。一些不太明显的疾病表征，如瘤体直径小于1厘米的微小肝癌，若仅采用B超检查，很可能无法被检测出来。B超漏诊之后，普通体检中的其他步骤很难将患者筛查出来，对小肿瘤更敏感的CT检查便极易被略过。

因此，在医学成像领域，追求更高的空间分辨率一直是医学超声的研究重点。在实现高分辨率成像方面，声学人工结构是从物理声学领域跨界而来的“破局者”，它能够突破自然材料的限制，帮助获取超声波在传播过程中衰减的信息。

“这种物理属性的突破不是从原子或分子尺度上构造材料。”江雪解释，“而是通过结构上的特殊设计，更精准地控制声波。”

利用声学人工结构，江雪及合作者实现了三维亚波长分辨率超声成像。他们在传统超声超构透镜的基础上人工构造了一种超声透镜，使其具有宽频、精准、体积小、结构简单等特点，从而达到了三维空间任意位置的精准聚焦。

在对声波的控制与引导中，相比由自然材料构成的声学器件，声学人工结构体积更小，性能更好，“就像一只蚂蚁将大象绊倒”。在保证对声波调控效果相同的前提下，利用声学人工结构研发器件后，原本数十米的庞大自然材料器件就能够被缩减到几厘米甚至更小。体积上的缩小，极大提高了仪器在实际应用场景中的灵活度。

“这项开创性的工作为超声超材料在医学上的应用树立了一个重要的里程碑。”南京大学声学研究所教授程建春在同期评论文章中评价。

江雪以声学人工结构为手段，攻克了医学超声和水下通信等国家重大领域与声学的技术难点，在学科交叉领域持续探索。正是因为这些成果，江雪在31岁时入选2022“上海科技青年35人引领计划”，在更广阔的平台上用创新素养继续探索世界科技的前沿。

转动科研的飞轮

回顾自己多年的科研路，江雪觉得正反馈起了很大的推动作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推动静止的轮子，一开始需要花费很大的力气，而一旦轮子开始转动，只要用比较小的力，就能让它越转越快。

起初，江雪只是觉得声学很特别，“它既是一门科学，又可以非常人文、非常艺术，比如可以与音乐声学、建筑设计等相关学科密切交织。”——这是江雪在大二专业分流时对声学的初印象。

作为一门与其他领域广泛交叉的学科，物理声学带来了很多选择与不确定。江雪坦言，与很多同学一样，自己在本科阶段的关键词更多时候是迷茫，并不知道未来将去向何方。

大二下学期，江雪参加了南京大学为本科生开设的科创项目，第一次接触到物理声学领域的科研工作，并因此与科研结缘。在声学实验室里，她接受科学素养的培训，锻炼了科研能力，“更重要的是扩充了视野，觉得更有信心了”。

更大的鼓舞发生在大四，江雪作为第一作者发表的论文被刊登在SCI（Scientific Citation Index）索引收录的期刊。这篇SCI论文的发表不仅是江雪个人的第一次，也是当时南京大学物理学专业两三百名本科生中的第一次，于她而言，是“比较重要的一个激励”。

在那篇文章中，江雪设计并实验了世界上首个声场旋转器。这一特殊的声学人工结构能将在其中的声波波阵面旋转一个特定的角度，被美国物理联合会（AIP）专文评价为“可帮助提高医学超声成像质量，提升超声器件的对比度并提高受损组织的成像质量”。

这仅仅是一个开头。

2019年，江雪加入复旦大学生物医学中心，这是她从基础研究转向偏学科交叉的一个转折点。

江雪回忆，在摸索个人研究方向的过程中，王威琪院士给了她很多提纲挈领的指导。作为生物医学工程中心的领头人，王威琪鼓励江雪结合物理声学的研究基础，针对医学、通信等重点领域的“卡脖子”难题，开展基础与应用的联合研究。

这一建议让江雪将工作重心转向医学超声的应用研究。

如今，面对我国高端医疗超声设备国产化难题，她利用声学人工结构的独特属性，除亚波长分辨率超声成像之外，还提出了多功能超声无线控制平台、高强度聚焦超声刀和组织消融等，在包括Science等的综合类期刊发表第一通讯作者论文20余篇，2篇入选ESI高被引文章，1篇入选期刊正封面。

深耕物理声学的十年中“当然会有阶段性的疲倦”，但科研更多时候给江雪带来的是新鲜感。因为它不是一份墨守成规的工作，对江雪来说，创新带来的成果会成为一种正反馈，激励她持续前行。

不过，江雪深知，基础学科研究成果的落地并非易事。“印象最深的是王院士去向医生取经的时候，他跟着医生在手术室，看他们做手术，呆上几个小时，甚至一整天。这样才能知道这个手术具体怎么做，以及医生到底需要什么。”在王威琪的启发下，江雪力求在实际情境中与应用学科的工作者们接触，在基础研究和应用研究学科的沟通中找寻真正的问题。

在江雪看来，基础学科研究发现的应用成果的落地还需要面临一系列复杂问题：设备的可操作性、产品间的兼容性、使用便携程度、产业化的成本。江雪自知，要将论文上的一行行公式、一串串数据、一句句结论推进到流水线生产，仍有很长一段路要走。

马拉松接力赛

“电磁波与声波本质都是波动，是相辅相成的。”

声学的前沿研究经常从电磁波中寻找一些启发。作为本科生课程《电磁场与电磁波》的主讲教师之一，江雪让自己的教学与研究相互促进。这门课开设了四年，江雪也把教科书读了四五遍。在江雪看来，反复学习让她吃透电磁场与电磁波的相关知识，有助于她在声学方面的创新研究。

将根植于电磁波理论的5G技术应用实例融于理论课堂，是江雪和另一位授课老师他得安教授让《电磁场与电磁波》“活”起来的方法。

以5G技术在疫情期间的应用为切入点，他们向同学们讲解5G结合远程会诊，以此把大城市的医疗资源向中小城市输送，展示火神山、雷神山医院建设的视频直播。把电磁场与电磁波的前沿应用作为教学案例，他得安与江雪把新科技的实际应用搬入课堂，找到了理论知识与生活的连接点。

在课堂上，江雪还会向学生介绍老一辈学者的科研故事，讲述谢处方老师、金亚秋院士等如何拒绝外国优厚的条件，毅然回到国内钻研科学技术，激励学生们“把自己学到的知识转换成科技生产力”。

作为一名党员教师，江雪的教学并不局限于大学校园。闲暇时她常常参与各类科普宣传志愿活动，从生活中找到切入点:声音的振动能否被看见？怎么理解声音的传播需要介质？耳机对我们的耳朵造成了什么样的影响？为什么在楼梯间唱歌声音会更好听？

在江雪主讲的面向中学生的趣味科普讲座中，这些问题都能得到解答。江雪通过生活中的声学问题、生动具体的实验介绍声学，尽可能激发中学生们对物理、对声学的兴趣。

同样，在培养本科生科研能力时，江雪扮演着“引路人”的角色，最看重的是“激发学生的兴趣，让他们先确定好一个愿意尝试的方向”。她提供中英文文献等资料，让学生对声学领域先有大方向上的认识，并在接下来一年半到两年的科研初体验中，提供理论和实践方面的具体指导，比如实验设备的使用、实验方案的打磨、实验测量过程中的帮助等。

作为本科生科创项目的受益者，江雪很愿意指导本科生进行科研。她自2021年起担任复旦大学腾飞书院导师，并在复旦大学本科生学术研究资助计划（FDUROP）、复旦大学腾飞书院“腾飞科创计划”等平台上提供了多个开放课题，如基于深度学习的超声器件设计方法、超声波对水中杂质浓度的检测研究等。目前，江雪共指导4名本科生参加科研项目。

江雪知道，作为青年教师，“我们肩负重任——跑好我们的马拉松接力赛，将接力棒从前辈们手中更好地传给明天的年轻人”。

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来 源：复旦青年

编辑：仪器仪表WXF

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