西安交大：坚持“四个面向”，学科“交叉培养”项目助力博士生高质量培养

推动学科交叉发展是应对新一轮科技革命和产业变革、实现重要科学问题和关键领域核心技术革命性突破的必然要求，也是高水平人才培养的必由之路。西安交通大学坚持“四个面向”，聚焦物质科学、先进制造、生命医学、信息技术等领域的汇聚融通，以项目、实验平台为牵引，实施博士生“交叉培养”项目，旨在打破学科（专业）边界，鼓励多学科融合，推进学术创新，以项目需求为牵引，实施个性化培养。近年来，交叉学科项目研究和博士生培养质量取得新进展，收获研究成果。

面向国家重大需求，先进制造创新交叉成果

在先进制造领域，高强韧新型复合材料和一体化增材制造技术影响我国航空航天等新一代高端装备功能部件向轻质化、高性能化、整体化方向发展。机械学院卢秉恒院士和材料学院邢建东教授依托快速成型制造技术教育部工程中心联合承担了“SLM成形工艺研究”博士交叉培养项目。博士生张树哲在卢院士在增材制造、邢教授在关于材料成形/组织控制方面的深入指导下，开展了石墨烯/氧化锆增强AlSi10Mg激光选区熔化成形工艺与强韧化机制研究，解决了材料增材制造形性调控和强塑失配这一业内多年未解决的技术瓶颈。博士期间学生作为项目组骨干成员参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等多项课题，取得了中国发明创新创业奖一等奖、陕西省科技工作者创新创业大赛三等奖等奖励。

图1 双相铝基复合材料研究思路

传统葡萄糖检测系统采用的方式为有创检测，容易引发创口感染且无法进行实时监测，探索制备基于无创检测技术的可穿戴新型葡萄糖传感器成为目前健康监测领域亟待解决的难题。精密工程研究所蒋庄德院士与电子陶瓷与器件教育部重点实验室任巍教授合作，在微纳制造与先进传感技术、磁性MEMS材料与器件等领域，从基础理论积累、实验平台应用、创新思维培育、科研能力培养等多个方面对博士生开展综合能力训练，博士生毛琦在两位老师的交叉指导下，将微纳传感技术与磁性材料的无源检测优势相结合开展应用和机理研究，成功制备了磁性传感原件，解决了传统电化学传感器由外接电源及数据通信引起的可穿戴性限制问题。博士生以第一作者身份在Chemical Engineering Journal（IF=16.744）等国际期刊上发表，并以通讯作者身份在Nature唯一工程类子刊Microsystems & Nanoengineering上发表学术论文。

图2 磁性葡萄糖传感器检测原理及性能评定

面向人民生命健康，医工交叉贡献交大力量

部分胃十二指肠不全性梗阻患者受其本身的限制和身体状态的影响无法耐受手术或麻醉的操作。依托医工交叉外科技术创新研究平台—“外科梦工场”和机械制造系统工程国家重点实验室,医学部吕毅教授和机械学院李涤尘教授均作为第一导师，共同为学生制定医学方向主修和机械方向选修课程计划，指导博士生乔玮主要研究基于吞磁-控制理念的消化道重建技术，解决了磁材料在生物环境中耐酸腐蚀、有效磁压榨力保证、吻合口位置控制、吻合口形成后短期闭合等关键科学技术问题，助力消化道重建的磁力吻合器械装置研发，对某些特殊疾病的治疗提供新的模式，减轻患者治疗过程中的心理负担和痛苦。相关成果已申请专利，博士期间学生荣获“优秀研究生”称号。

图3 “吞磁”操作及磁体规格

我国成人牙周炎患病率高达62.3%，且与心脏病、阿尔兹海默症等系统性疾病密切相关，严重影响患者的身心健康，而传统治疗存在效率低、不彻底、舒适性差、耐药性等缺陷。前沿院何刚教授和口腔医学院裴丹丹教授依托陕西省颅颌面精准医学研究重点实验室开展博士交叉培养项目。双导师共同为学生制定个性化培养计划，指导博士生丁睿主要开展基于紫精光敏剂的牙周炎光动力治疗系统的研究工作，解决了传统耗氧型光敏剂与牙周袋缺氧环境不兼容以及活性氧产率低的关键技术难题，进一步开发了具有自主知识产权的牙周炎光动力治疗仪器，项目获咸阳瑞升福诺医疗器械有限公司青睐，已签订初步合作协议，每年将造福千万牙周炎患者，产生数千万元的产值，产业化和应用前景十分广阔。

图4 基于紫精光敏剂的牙周炎光动力治疗系统模式图

面向经济主战场，交叉研究解决关键难题

加强储能技术领域人才培养和科技攻关是实现“双碳”目标的必然要求，我校科研人员充分发挥学科交叉优势，在取得优异科研成果的同时培养了一批新能源材料领域的优秀交叉人才。

锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性和长循环稳定性的根本问题之一。化学学院丁书江教授与能动学院延卫教授在国家自然科学基金项目的资助下开展合作，进行“纤维素基碳复合材料的制备及其电池性能研究”博士交叉培养。双导师开展了密切的交叉研究合作，在电化学储能、纳米功能材料、环境电化学等方面共同指导的博士生毛恒主要开展了锂金属负极保护的研究，解决了锂金属负极/隔膜界面处锂枝生长方向选择性的关键技术难题。毛恒的研究成果在相关领域SCI学术期刊上Science Bulletin（IF=20.577）、国际化学权威期刊《德国应用化学》Angew. Chem. Int. Ed.（IF=16.823）上发表。基于相关研究成果，和湖南德赛电池达成合作协议共同开发电池材料小试生产技术，规模达3000万元。同时获得中国兵器工业集团第二一二研究所xxx重大专项核心功能模块“xxx化学电池系列”（xxx0301）项目资助，总经费540万元，加快推动科研成果转化。

图5 循环后，LCL-bottom电极的截面SEM图片

面向世界科技前沿，人工智能交叉研究获得新突破

面对新一轮科技革命和产业革命的推进，我校科研人员发挥学科交叉优势，推动人工智能赋能医疗产业发展，在培养高端人才提高医疗诊断效率和复杂疾病的初步诊断的能力方面取得重要进展。

第一附属医院袁祖贻教授团队和电信学部人机所郑南宁院士、辛景民教授团队依托环境与疾病教育部重点实验室、人工智能全国重点实验室、视听觉与信息处理国家工程实验室联合开展了“人工智能在心血管疾病精准医疗中的应用”博士交叉培养。双导师在动脉粥样硬化发生发展机制、多模态医学图像处理等方面共同深入的指导，博士生邓杨阳主要开展了基于卷积神经网络、深度学习、多模态信息融合等思想与方法应用于冠脉病变形态学及功能学评估相关研究，首次攻克了冠脉易损斑块识别及血流储备分数预测等冠脉病变评估中的关键技术难题，实现了基于人工智能技术的冠心病术中快速辅助诊断。获授权发明专利5项，相关成果已在中科微光医疗科技有限公司的国产化OCT设备上得到应用，并在国内各大医院临床诊疗中发挥作用。

图6 易损斑块识别网络和血流储备分数预测结果示意图

西安交大博士生交叉培养项目是指两位来自不同学科门类（工学参照美欧通行的学科划分办法）的本校在职导师，围绕学科交叉前沿课题，联合培养指导一名博士研究生。本项目采用双导师制，共同负责并完成研究生的培养，双方均为主导师，均为学生培养的第一责任人。博士生录取时，由主导师和合作导师根据学校基本要求、结合交叉项目的研究需要及学生的自身情况共同确定个性化的培养计划。该项目自2016年实施以来，已累计录取149名博士生，现有37人顺利授位，平均授位年限5.5年。今后，研究生院将继续支持学科交叉研究，深化研究生教育改革，严格培养环节督查和学位论文送审等环节，积极响应国家战略和发展需求，推进学科交叉融合，提升跨学科的高层次人才培养质量。