探索在DNA纳米技术下的信息世界

李裕

陈智华，系统分析与集成专业理学博士，目前在华中科技大学控制科学与工程系从事教学研究工作，主要研究方向为纳米微型计算、智能算法、控制系统建模与仿真和计算机控管一体化。作为第一作者或者通讯作者，发表9篇SCI文章，5篇会议文章。获得武汉市科技进步奖二等奖一次，湖北省科技进步奖三等奖一次。

专家简介：

纳米技术，可以让宏观世界“浓缩”进一粒粒人类肉眼看不到的“尘埃”中，重生出一个“海纳百川”的微观世界。当几年前英特尔将14纳米制造工艺镶嵌进平板电脑、智能手机中的芯片上时，电子设备的性能便开始有了更高一层质的飞跃。速度更快、能耗更低、更绿色环保的系列电子产品成为现代文明的一分子，改变着人们当今的生活。

曾有科学家预言：未来世界不是电子世界，而是纳米世界。在陈智华的眼中，纳米技术神奇而又魔幻，五彩斑斓的大世界信息都可以在它的集成管理之下互通有无、快速传递。从电子信息系统的建模与控制，到纳米微型计算与技术应用，她一路稳健前行。

夯实基础 不断前行

早在上个世纪九十年代末，陈智华考入华中科技大学，主修工业自动化专业，毕业那年拿到工科与法学双学位。做为一个有名的“学霸”，她又进入控制科学与工程系攻读硕士学位，走上了计算机控管一体化的研究之路。

为把书本上的知识应用于实践，硕士期间她跟随导师积极展开了一系列实践研究，渐渐显露出极高的科研天分。研二时，她赶赴下会坑水电站，与团队成员一起开发集成检测和控制为一体的水电站自动控制系统，在集成管控及状态检测方面积累了重要经验。最终，实现了水电站机组各个设备的安全检测和自动控制，大大节省了人力；用InTouch完成了水电站集散控制系统的GUI界面，极大地提高了水电站设备的自动化控制水平。

在北京西城区现代教育技术与培训中心信息安全实验室，陈智华担任信息安全技术和网络技术研究员。在此期间，她对信息安全有了深入了解。她着重进行了防火墙产品性能及功能的测试评估试验；查找操作系统（Windows 2000，Redhat7.3）漏洞和补丁并进行归纳；划分实现了操作系统的安全等级标准；为实验室网络管理及软件配置提供了技术支持，同时为普及信息安全知识，她为西城区中小学教师做信息安全技术培训等。一系列科研实践与教学体验，奠定了她今后的科教之路。

为寻求更高层次的发展，陈智华又在母校攻读了系统分析与集成研究方向的博士学位。历经博士期间的学术锻炼之后，她建立了更缜密的学术思维、打下了更深厚的科研根基、培养了更开阔的科研视野……

聚焦DNA纳米信息集成

近年来纳米技术在系统集成与信息分析方面的广泛应用，让陈智华敏锐地察觉到了纳米信息处理技术广阔的科研空间。

于是，她的科研课题开始涉及到DNA纳米计算、DNA自组装等方向。近年来随着生物控制系统及复杂纳米机器人的构建需求日益旺盛，对标准信息处理技术的要求也逐渐严苛。而现有基于DNA纳米技术的各种功能单元虽然已经实现了简单计算、移动等功能，但因其信息编码规则、交互协议和数据输入输出方式的相异，还是无法满足未来纳米产业化的发展需求。

为解决现有纳米技术应用于通信领域的难题，在“基于DNA自组装的通用纳米信息处理系统的研究”中，陈智华决定对纳米技术的各功能单元进行封装，构建能够实现交互功能的基元，从而构建可重用基元的通用纳米信息处理系统。

为实现这一目标，她基于先前研究成果，联合在DNA分子可控模型方向拥有丰富科研经验的石晓龙老师等实验室其他成员，利用本校分子生物计算这一国家重点实验室先进设备，对DNA纳米技术各功能单元进行识别、输入、计算、输出等，建立基元数据库，并设计各基元间规范化的通信接口，组合配置DNA传感器，确保了基元间交互的完整性、容错性及有效性。且各功能基元通过灵活组合配置，可以构成新系统，为建立标准信息处理系统提供了理论及实践上的可能。

经过两年多的不懈努力，研究取得了很大进展。她和团队成员一起设计实现了三种可重用的单链DNA模块，构建了可灵活调控直径大小的DNA纳米管；融合DNA链置换和纳米金，用比色变化的方式可以快速检测DNA信号，甚至包括传统技术检测不到的低浓度信号，确保了信息的真实性；从反应时间、反应物的比例和离子浓度的维度上对DNA链置换反应中的泄露反应进行反复评估，构建了置换反应的各个条件和结果之间的动态模型；利用DNA链置换技术模拟神经元的运动行为，建立了更正确可行的脉冲神经系统；为实现科研成果的产业化，她及小组成员们把膜算法等一系列生物计算方法应用到工程中，延长了产品使用寿命的同时，还提高了产品的良品率。

围绕这一课题，她及项目组成员们目前已经发表了SCI论文10多篇，申请发明专利6项，给通信领域的纳米技术研究带来了诸多新的科研视角。

快乐躬耕 笃行致远

在树木葱茏、碧草如茵，号称“森林式大学”的华科大，陈智华已历经这个美丽校园十余年的春秋洗礼，从一名勤奋好学的优秀学子成长为了在系统分析与集成领域能够独挡一面的科研学者及教育精英，她认真努力、勇于攀登，为母校增添着荣誉，为后辈指引着方向。

近二十年来，她积极主持参与了多项重量级项目课题研究。主持激光软钎焊建模与控制和设备校准系统开发等产学研项目的同时，在现有科研领域深入挖掘，主持了基于DNA计算自组装架构入侵检测系统、基于DNA自组装的传感器及集成计算系统、基于DNA计算的密码破译、通用纳米信息处理系统等多项省部及国家级基金项目。并积极参与NP-完全问题DNA计算、大数分解DNA计算机等国家863项目及无轴传动印刷机自动控制系统这一民用项目进行技术开发。

不断探索之下，她也取得了丰硕成果。在DNA纳米微型计算、智能算法、控制系统建模与仿真和计算机控管一体化方面均有独到见解的同时，迄今为止，她已经申请了9项发明专利、发表了9篇高影响因子的SCI文章，获得武汉市科技进步奖二等奖、湖北省科技进步奖三等奖等诸多荣誉奖励。

她，是一位科研工作者，同时也是一位教育工作者。自担任教学工作以来，陈智华便积极投入到《自控原理》《信号分析》和《信息安全》的课堂教学中，为初入大学校园及科研领域的学生们授业解惑、指点迷津。她的敬业投入、认真仔细、风趣幽默，获得了学生的广泛好评。这么多年来，她的课堂评分都在90分以上，曾拿到过华科大教学竞赛二等奖。她把自己多年来的教学经验进行总结，在《工业和信息化教育》期刊上发表“非信息安全专业的《信息安全》课程改革探索与实践”一文，为教改工作献计献策。

荀子曰：不积硅步无以至千里，不积小流无以成江海。十余年科教工作的认真对待，方成就如今的芬芳硕果。陈智华在学习及科研的道路上，不断探索、不断积累，一步步形成了独属于自己的别样风采。