暨南大學(xué) 潘濤

人生格言：科學(xué)造福人類，創(chuàng)新引領(lǐng)未來(lái)!

1985年，我從四川大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)畢業(yè)，分配到廣西大學(xué)任教，1987年1月發(fā)表第一篇論文。不覺(jué)間，從事科學(xué)工作已滿32年。一時(shí)不知從何說(shuō)起，先分享一些早年的求學(xué)軼事吧。

1987-1988年，我參加了中國(guó)科大、蘇州大學(xué)主辦的第五屆全國(guó)偏微分方程研究班。由姜禮尚教授、張同教授、李大潛院士、洪家興院士、陳恕行院士等名家講授。李先生稱我們是“八年抗戰(zhàn)”：精修八門課，苦讀而成效。我慶幸有這樣的機(jī)緣，學(xué)到頂尖的前沿課程。我對(duì)張同教授的課程頗感興趣，學(xué)間常請(qǐng)教于他。一年后，張先生邀我去中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所訪問(wèn)四個(gè)月，跟他研習(xí)“高維雙曲守恒律”—這個(gè)至今仍高難的課題。之后，林龍威教授邀我到中山大學(xué)訪問(wèn)一年(教育部立項(xiàng))。再后，王靖華教授也邀我去中科院數(shù)學(xué)所訪問(wèn)四個(gè)月。方向凝練在“雙曲守恒律的邊界效應(yīng)”，背景是超音速氣流的邊界層。我們的工作在國(guó)際上開展較早，論文發(fā)表在SIAM J Math Anal、App Math L、Q Appl Math、BVP、JJIAM、JPDE、自然科學(xué)進(jìn)展(英)、數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)(英)、應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)(英)、數(shù)學(xué)物理學(xué)報(bào)(英)等刊物。我們證明的壓縮波沖擊邊界可反射稀疏波的定理，被美國(guó)布朗大學(xué)數(shù)學(xué)家C. M. Dafermos撰寫的專著Hyperbolic Conservation Laws in Continuum Physics(黃皮書)引用。

受母校劉應(yīng)明院士團(tuán)隊(duì)在模糊拓?fù)涞闹芯康挠绊?，我回母校拜訪胡淑禮老師，學(xué)習(xí)模糊數(shù)學(xué)。開展模糊層次分析法、模糊系統(tǒng)及算法設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究。我主持研發(fā)的相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件成功應(yīng)用到廣西的幾十家單位。我至今仍感到：模糊邏輯與模糊評(píng)判乃是人工智能的基石之一。1995年，晉升副教授，開始培養(yǎng)碩士研究生。主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、廣西自然科學(xué)基金、廣西科技計(jì)劃等項(xiàng)目。獲邀到香港中文大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)研究所(丘成桐創(chuàng)立)、香港浸會(huì)大學(xué)、香港城市大學(xué)從事客座研究等。

1998年，日本啟動(dòng)著名的文部省重點(diǎn)課題“E-Cell Project”，國(guó)立三重大學(xué)副校長(zhǎng)T.Kameoka教授主持“代謝通路測(cè)定與分析”的子課題，面向全球招聘懂?dāng)?shù)學(xué)和物理的學(xué)者。沒(méi)學(xué)過(guò)多少英語(yǔ)和日語(yǔ)，也沒(méi)有出國(guó)打算的我，就這么機(jī)緣巧合的去了日本，一呆就是六個(gè)年頭。在循環(huán)生物工學(xué)系生物信息工學(xué)研究室，我的研究方向?yàn)椤凹?xì)胞代謝及解離性代謝物分析”，涉及到數(shù)、理、化、生、計(jì)算機(jī)的各方知識(shí)。主要工具是傅立葉變換紅外(FT-IR)光譜結(jié)合衰減全反射(ATR)技術(shù)。側(cè)重點(diǎn)是化學(xué)計(jì)量學(xué)，但大量生物光譜實(shí)驗(yàn)得自己做。數(shù)學(xué)出身的我，還要深究“物理化學(xué)”、“分析化學(xué)”、“生物化學(xué)”三大化學(xué)，其困難不亞于十年前的那場(chǎng)歷練。

首次接觸近紅外(NIR)光譜，是參加T.Kameoka先生主持的日本農(nóng)林水產(chǎn)省重點(diǎn)課題《分散協(xié)調(diào)型多次元農(nóng)産物情報(bào)センシングシステムの開発》。這個(gè)項(xiàng)目將近紅外用于田間土壤、農(nóng)作物(西紅柿、葡萄)的實(shí)時(shí)測(cè)定，并將數(shù)據(jù)返回監(jiān)測(cè)中心。后來(lái)，在九州大學(xué)出席日本化學(xué)工學(xué)年會(huì)，結(jié)識(shí)了Y.Ozaki教授，對(duì)近紅外有了更多的了解。我們的研究先后發(fā)表在Appl Spectros、Bioproc Biosyst Eng、MMAS、JJCE等刊物。赴英國(guó)劍橋大學(xué)牛頓研究所短期學(xué)術(shù)訪問(wèn)，并赴日本早稻田大學(xué)與K.Nishihara教授開展合作等。用三年時(shí)間完成了我的博士學(xué)位。為了吸引海外留學(xué)生回國(guó)工作，中國(guó)留學(xué)基金委、中國(guó)大使館組織評(píng)審“首屆國(guó)家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)”(在美、日、英、德、法五國(guó)的博士留學(xué)生中評(píng)選100人)。我有幸獲選，赴中國(guó)大使館(東京)接受中國(guó)外交部副部長(zhǎng)武大衛(wèi)頒發(fā)的證書和獎(jiǎng)金，我的導(dǎo)師T.Kameoka教授作為導(dǎo)師代表發(fā)言。

感念國(guó)家的厚愛(ài)，蒙臺(tái)灣中央研究院院士、斯坦福大學(xué)劉太平教授推薦，我于2004年回國(guó)，進(jìn)入暨南大學(xué)任教，同年評(píng)定為教授。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所的陳星旦院士，也是這一年到暨大創(chuàng)建“應(yīng)用光譜”團(tuán)隊(duì)。和陳院士的認(rèn)識(shí)，頗有傳奇色彩：他讓圖書館買了一本英文的近紅外光譜學(xué)專著，這本書剛上架就被我借走了，他很吃驚，找到我，聊了十來(lái)分鐘，他說(shuō)：“你就是搞近紅外的，我們一起做吧!”就這樣，由校長(zhǎng)特批，我從信息學(xué)院轉(zhuǎn)入理工學(xué)院光電工程系，開啟近紅外之旅。

(一)近紅外過(guò)程分析技術(shù)(PAT)的探討

2005年，陳院士和我到廣東湛江、廣西宜州的甘蔗糖廠考察近紅外在制糖過(guò)程的應(yīng)用。從原料收購(gòu)的按質(zhì)論價(jià)、工藝質(zhì)量監(jiān)控、成品質(zhì)量分級(jí)等環(huán)節(jié)，依次需要對(duì)初壓汁、混和汁、清汁、清糖漿、糖蜜、白砂糖等中間及終產(chǎn)物的垂度、蔗糖分、還原糖分、pH值、色值等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定。還關(guān)注了制糖廢水排放的COD檢測(cè)、轉(zhuǎn)基因甘蔗葉片的無(wú)損判別分析等。我們采集大量樣品，通過(guò)很多實(shí)驗(yàn)，建立了上述各類樣品及指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型。為近紅外用于甘蔗制糖過(guò)程的在線分析，積累了大量數(shù)據(jù)和參數(shù)，在全國(guó)第一屆近紅外會(huì)議做了報(bào)道。我的體會(huì)是：在過(guò)程分析技術(shù)(PAT)中，近紅外乃是珍貴的一線技術(shù)，但尚需要解決諸多技術(shù)問(wèn)題。如，多過(guò)程、多目標(biāo)、多參數(shù)的模型優(yōu)化及動(dòng)態(tài)維護(hù)才是問(wèn)題的核心。

(二)在土壤、農(nóng)產(chǎn)品、食品領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

2006年，與中科院長(zhǎng)春光機(jī)所團(tuán)隊(duì)合作，研制了分立波長(zhǎng)土壤專用近紅外分析樣機(jī)，通過(guò)廣州市科技攻關(guān)項(xiàng)目的實(shí)施，建立了土壤有機(jī)碳、總氮的NIR預(yù)測(cè)模型，經(jīng)驗(yàn)證，其預(yù)測(cè)性能已接近進(jìn)口的FOSS儀器。后來(lái)，與廣東省科學(xué)院土壤研究所、自動(dòng)化研究所等單位合作，進(jìn)一步開發(fā)儀器通訊端口，實(shí)現(xiàn)野外檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)粵港關(guān)鍵領(lǐng)域招標(biāo)項(xiàng)目的實(shí)施，成功應(yīng)用于珠江三角洲農(nóng)田系統(tǒng)立體污染監(jiān)測(cè)的信息化。為了避免數(shù)據(jù)過(guò)擬合、模型評(píng)價(jià)失真，實(shí)現(xiàn)參數(shù)選擇穩(wěn)定性，我們基于隨機(jī)性、相似性、穩(wěn)定性提出定標(biāo)、預(yù)測(cè)、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的新方法，應(yīng)用于土壤有機(jī)碳、總氮、重金屬，廢水COD，玉米蛋白質(zhì)等的檢測(cè)。還開展了白酒、葡萄酒、奶粉品牌的近紅外判別分析等。論文發(fā)表在Appl Spectros、Chemom Intell Lab、Spectrochim Acta A、Anal Methods、Infrared Phys Tech、分析化學(xué)、光學(xué)精密工程等刊物。獲評(píng)《分析化學(xué)》優(yōu)秀論文(2012-2013年度最高引用率)。近紅外在農(nóng)業(yè)、食品領(lǐng)域的應(yīng)用可行性是熟知的，但規(guī)?；瘧?yīng)用是終極目標(biāo)。必須解決儀器制造的低成本、小型便攜化、一致性與模型傳遞、數(shù)據(jù)云平臺(tái)的快速運(yùn)算等核心問(wèn)題。近年來(lái)，這些技術(shù)發(fā)展甚快，已經(jīng)指日可待。

(三)在生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

2007年，我先后遴選為數(shù)學(xué)(上海大學(xué))、生物醫(yī)學(xué)工程(暨南大學(xué))的博導(dǎo)，與陳院士一起，培養(yǎng)了多屆博士研究生，側(cè)重于紅外(NIR、FTIR/ATR)光譜在生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。血糖、血脂(膽固醇、甘油三酯等)、血蛋白(血紅蛋白、糖化血紅蛋白、白蛋白、球蛋白等)、血粘度等是醫(yī)學(xué)上診斷糖尿病、高脂血癥、高粘滯血癥、心腦血管疾病的重要臨床指標(biāo)。地中海貧血是全球性危害嚴(yán)重的遺傳性血紅蛋白病，我國(guó)廣西、廣東人群的地貧基因攜帶率分別高達(dá)24.50%和11.07%。我們?cè)谏鲜鲋T方面具有長(zhǎng)期的研究積累。其中，地貧、糖化血 紅蛋白、血粘度的研究為本團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)。在藥學(xué)方面，還開展了抗生素、中藥口服液檢測(cè)的研究。論文發(fā)表在Anal Bioanal Chem、Chemom Intell Lab、Spectrochim Acta A、J Biomed Opt、Anal Methods、Clin Biochem、J Innov Opt Heal Sci、分析化學(xué)、光譜學(xué)與光譜分析、光學(xué)精密工程等刊物。地貧近紅外研究被英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)(RSC)刊物Anal Methods作為封面論文亮點(diǎn)介紹。獲評(píng)《分析化學(xué)》優(yōu)秀論文(2010-2011年度最高引用率)、第三、五、六屆全國(guó)近紅外光譜學(xué)術(shù)會(huì)議優(yōu)秀墻報(bào)獎(jiǎng)等。我相信，近紅外在健康、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有相當(dāng)?shù)倪m用性，將從研究殿堂逐步推入實(shí)際應(yīng)用。

(四)面向儀器設(shè)計(jì)及應(yīng)用的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究

近紅外分析包含樣品、變量和模型三要素。由于近紅外的吸收強(qiáng)度弱，通常不需要處理便可直接測(cè)量樣品，快速簡(jiǎn)便。這既是優(yōu)點(diǎn)也是難點(diǎn)：我們的對(duì)象，基本上都是多組分的復(fù)雜體系，化學(xué)計(jì)量學(xué)是問(wèn)題的核心。需要解決光譜預(yù)處理、波長(zhǎng)優(yōu)選、多變量校正方法等環(huán)節(jié)的多目標(biāo)、多參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定性。我們提出Savitzky-Golay平滑參數(shù)與PLS潛變量數(shù)同時(shí)優(yōu)化的算法、基于連續(xù)型的移動(dòng)窗口PLS的模型集群方法等。在變量?jī)?yōu)化方面，兼顧到參數(shù)選擇穩(wěn)定性，我們提出了準(zhǔn)連續(xù)型的等間隔組合方法(EC-MLR、EC-PLS);分段連續(xù)型的相關(guān)系數(shù)優(yōu)化(CCO-PLS)、吸光度值優(yōu)化(AVO-PLS)方法;離散型的最優(yōu)伙伴波長(zhǎng)組合(OPWC-PLS)、重復(fù)率優(yōu)先(RRPC-PLS)方法等。在復(fù)雜樣品的光譜分析中取得成功應(yīng)用，申請(qǐng)了發(fā)明專利。對(duì)于提高光譜預(yù)測(cè)能力、降低復(fù)雜性和專用儀器設(shè)計(jì)具有意義。論文發(fā)表在Appl Spectrosc、Chemom Intell Lab、Spectrochim Acta A、Anal Methods、Infrared Phys Tech、J Innov Opt Heal Sci、分析化學(xué)、光譜學(xué)與光譜分析、光學(xué)精密工程等刊物。

我在歷屆國(guó)際近紅外、亞洲近紅外會(huì)議上作過(guò)六次大會(huì)發(fā)言，先后介紹了這些工作。最近，國(guó)際近紅外新聞(NIR news，2015)團(tuán)隊(duì)專欄介紹我們的工作，在國(guó)際上產(chǎn)生了影響?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)乃是近紅外分析的另一個(gè)核心。我們面對(duì)的是多過(guò)程、多目標(biāo)、多參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)建模，博大精深。必須融合數(shù)、理、化、生、計(jì)算機(jī)的各方知識(shí)，集成創(chuàng)新，攻克難關(guān)。

從2006年第一屆全國(guó)近紅外會(huì)議開始，我出席了幾乎每一屆的中國(guó)、亞洲、世界近紅外學(xué)術(shù)盛會(huì)，以及我們近紅外理事會(huì)的活動(dòng)，堪稱近紅外的鐵桿粉絲，深切地感受到近紅外的強(qiáng)大生命力。近紅外學(xué)會(huì)也一直對(duì)我們的工作給予支持。早在2010年，學(xué)會(huì)的袁洪福、韓東海、劉慧穎、梁逸曾諸領(lǐng)導(dǎo)就到暨南大學(xué)考察、指導(dǎo)。另一方，業(yè)界的朋友也找上門來(lái)，精誠(chéng)合作，成立“智能檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)合研究中心”，共商近紅外規(guī)?；瘧?yīng)用之大計(jì)?，F(xiàn)代的近紅外已經(jīng)是云儀器、云計(jì)算的觸角和紐帶，連接物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)。并將伴隨著人工智能一道步入新時(shí)代。我愿意和大家一起努力奮斗，攻克難關(guān)，為我國(guó)的近紅外光譜事業(yè)繼續(xù)貢獻(xiàn)力量。