1993年平平無奇的一天，在美國密歇根大學(xué)超快光科學(xué)中心實驗室，一名來自中國的博士生正忙著測試飛秒激光對石英玻璃的損傷。憑借其導(dǎo)師熱拉爾?穆魯（Gérard Mourou）發(fā)明的啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)，他可以任意調(diào)節(jié)脈沖寬度來進行測試。他沉浸其中，直到一束激光在石英玻璃中以某個特定的角度反射到了他的右眼，恰巧當時他剛剛掀開了護目鏡。這可是激光，受傷是不可避免的。這名博士生當時絕不會料到，這束低能量的雜散光最終成就了大名鼎鼎的飛秒LASIK手術(shù)，迄今惠及了2400萬近視患者。雖然這名博士生后來成為飛秒LASIK核心專利的第二發(fā)明人，但他與該技術(shù)的獨特關(guān)聯(lián)此前并未被公開過。即使穆魯教授說起這項技術(shù)的發(fā)明過程，基于對個人隱私的考慮，也僅提及緣起于他某個研究生的意外操作。當穆魯憑借CPA技術(shù)獲得2018年諾貝爾物理學(xué)獎后，在諾獎官方推特上，有人在穆魯介紹飛秒LASIK發(fā)現(xiàn)過程的帖子后追問：這個研究生是誰？杜德濤正是那個研究生。2022年9月14日，美國科學(xué)促進會（AAAS）等幾家組織頒發(fā)的金鵝獎（Golden Goose Awards）5人名單中，杜德濤位列第三。這5人分別是：蒂博爾?尤哈斯（Tibor Juhasz）、羅恩?庫爾茨（Ron Kurtz）、杜德濤、穆魯和唐娜?斯特里克蘭（Donna Strickland）。他們均出自穆魯實驗室，斯特里克蘭是穆魯?shù)难芯可m未直接參與飛秒LASIK手術(shù)的發(fā)明，但她和穆魯共同發(fā)明了該手術(shù)中最為關(guān)鍵的CPA技術(shù)，也因此與穆魯共同獲得了諾獎。尤哈斯和庫爾茨是飛秒LASIK手術(shù)的引導(dǎo)者，并因此獲得了巨大的商業(yè)成功。金鵝獎本來就是獎給那些帶來意外驚喜的基礎(chǔ)研究，飛秒LASIK手術(shù)獲獎可謂實至名歸。只是此前，杜德濤在飛秒LASIK上的貢獻并非廣為人知。杜德濤本科畢業(yè)于中國科技大學(xué)近代物理系的理論物理專業(yè)，在1990年加入了穆魯實驗室攻讀博士。當時全球有飛秒激光研究的實驗室只有寥寥幾個，即使是穆魯實驗室的人員，也要提前預(yù)約才能使用飛秒激光裝置。于是，這里就成了杜德濤的不二選擇。
此時，已經(jīng)是穆魯和斯特里克蘭發(fā)明CPA技術(shù)的5年之后，穆魯也剛剛離開羅切斯特大學(xué)到密歇根大學(xué)才2年，這時候的穆魯實驗室還在忙著拓展CPA技術(shù)的應(yīng)用。所謂CPA技術(shù)，就是通過在時間尺度上將脈沖展寬、能量放大、然后在時間尺度上將脈沖寬度壓縮的巧妙設(shè)計，開辟了實現(xiàn)超高功率激光的新途徑。穆魯實驗室發(fā)現(xiàn)，利用CPA技術(shù)所獲得的飛秒脈沖不僅能將能量集中在飛秒量級的時間內(nèi)，而且集中在微米范圍的三維空間內(nèi)，那么這就能夠?qū)缀跛胁牧线M行精確“冷加工”。這時候的杜德濤正處于從理論物理到實驗光學(xué)的轉(zhuǎn)型中，他在穆魯實驗室從事CPA新技術(shù)的開發(fā)，研究如何把激光功率提得更高。轉(zhuǎn)型雖大，但杜德濤發(fā)現(xiàn)自己“動手能力還不錯，能夠把激光調(diào)好并穩(wěn)定工作”。他著迷于各種物質(zhì)材料的測試，并發(fā)現(xiàn)飛秒激光造成的損傷有其獨特的優(yōu)良性能，但他并沒有想到用生物材料來測試，直到意外發(fā)生。并不近視的杜德濤，就這么成了飛秒激光在生物組織測試的第一個“小白鼠”。究竟是當天太勞累，還是沒睡好，時至今日他已經(jīng)記不清了?！胺凑皇切那椴缓谩?，因為在做研究的時候，他從沒有心情不好的狀況。他當時只察覺有一道光閃了一下，馬上意識到自己眼睛受傷了。幸好這束激光能量很低，并未立即產(chǎn)生不適，但穆魯還是讓杜德濤去密歇根大學(xué)的眼科中心做檢查。我們非常重視，把這個研究生送到了醫(yī)院。眼科醫(yī)生發(fā)現(xiàn)他眼睛的傷斑“特別圓特別小”，驚訝地問：你們用的是什么樣的激光？學(xué)生疑惑了：你為什么這么問？醫(yī)生給出的解釋是，“因為你的損傷是完美的”。
這位眼科醫(yī)生正是一道獲得金鵝獎的庫爾茨，他當時還是一名只有2年經(jīng)驗的住院醫(yī)師，但他敏銳意識到，杜德濤這個完美的圓形傷斑與當時臨床使用的其他激光損傷迥異。就在數(shù)天后，這位眼科醫(yī)生給穆魯打電話，說他想來飛秒激光實驗室工作，進行飛秒激光在眼科的探索。自此開始，杜德濤就和庫爾茨一起“戰(zhàn)斗”，他們想要確認，這種在石英玻璃材料中能夠精確“加工”的飛秒激光，在生物材料中的表現(xiàn)究竟會怎樣。通過在動物角膜中進行從飛秒到納秒的各種驗證，他們發(fā)現(xiàn)其準確性相當高。它能在極短時間聚焦于角膜組織內(nèi)極狹小的空間，其產(chǎn)生的巨大能量讓生物組織電離，最終會產(chǎn)生無數(shù)微小氣泡以實現(xiàn)極其精密的組織切割。1994年，這項研究迎來質(zhì)的飛躍。當時，杜德濤和庫爾茨在加拿大一次醫(yī)學(xué)相關(guān)的光學(xué)會議上講述這項研究，引起了加州大學(xué)歐文分校的研究科學(xué)家尤哈斯的注意。他正是5人金鵝獎名單中的第一人。據(jù)杜德濤透露，那時候尤哈斯也在做激光手術(shù)研究，只是沒有用到飛秒激光，所以效果不佳。恰巧，尤哈斯也是穆魯?shù)拈T下，曾在其羅切斯特大學(xué)實驗室擔任博士后。很快，尤哈斯就接到穆魯電話，邀請他前往密歇根大學(xué)開發(fā)飛秒LASIK手術(shù)。至此，金鵝獎的5名成員悉數(shù)亮相。這時候，作為校方，密歇根大學(xué)也提供了大學(xué)研究資金來推動這項工作。此外，這項研究還通過美國小企業(yè)創(chuàng)新研究計劃（SBIR），得到了來自美國國家科學(xué)基金會（NSF）和美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的資助。飛秒LASIK手術(shù)之后的故事，就與杜德濤漸行漸遠了。1997年，庫爾茨和尤哈斯創(chuàng)立了IntraLase公司，專注于飛秒LASIK手術(shù)的商業(yè)化。至2001年，該技術(shù)獲得美國FDA批準。再之后，IntraLase歷經(jīng)上市、被收購，最終歸入強生視覺旗下。據(jù)商業(yè)媒體Crain’s Detroit Business的看法，IntraLase是密歇根大學(xué)孵化的最成功的創(chuàng)業(yè)公司之一。與之前的傳統(tǒng)LASIK手術(shù)相比，飛秒LASIK手術(shù)無需傳統(tǒng)刀片來制作角膜瓣，而是依靠計算機預(yù)先設(shè)置角膜瓣的厚度、直徑、形狀及角膜瓣蒂的位置和寬度等參數(shù)，這就得到了精確且表面光滑的角膜瓣，同時還減少了術(shù)后干眼癥的發(fā)生。2008年，庫爾茨和尤哈斯再度聯(lián)手研發(fā)了飛秒激光白內(nèi)障手術(shù)，有15%的白內(nèi)障患者受益于該手術(shù)。而今尤哈斯在加州再度出發(fā)，領(lǐng)導(dǎo)一家新的初創(chuàng)公司瞄準了青光眼的治療。這次激光意外并未給杜德濤留下傷痕，沒有炎癥，醫(yī)生也沒有進行任何處理，視力也沒有受到影響，但傷斑還在。直到數(shù)月后，他覺得愈合了，沒有再去專門做檢查。他的猜測是，視網(wǎng)膜的神經(jīng)損壞之后并沒有復(fù)原，但是大腦自己作了一些調(diào)整，把視網(wǎng)膜缺少的神經(jīng)信息填補回來了。對于杜德濤，他仍是飛秒精加工發(fā)明專利的第二發(fā)明人。這項專利名為“控制激光擊穿和燒蝕結(jié)構(gòu)的方法”，他們在1994年就發(fā)起優(yōu)先申請，并于1995年10月公開。這項發(fā)明正是飛秒LASIK手術(shù)的核心專利。杜德濤并未沿著醫(yī)學(xué)激光之路走下去，雖然他和庫爾茨已完成飛秒LASIK手術(shù)的基礎(chǔ)研究。在1995年，他完成了自己的博士論文，并在畢業(yè)前拿到了一家公司的錄用通知，從事飛秒激光的應(yīng)用開發(fā)。之后，杜德濤陸續(xù)換了幾個職業(yè)方向，從超快工業(yè)激光器到激光微加工制藥，再到光纖通訊，再到激光雷達、激光等離子體診斷等等。直到近年他和大學(xué)同班同學(xué)陳如新博士一起回到北京，加上另外一個同班同學(xué)張自力博士走上了創(chuàng)業(yè)之路，成立了專注于自動駕駛激光雷達的睿鏃科技。而穆魯也欣然接受了杜德濤的邀請，成為該公司的科學(xué)委員會主席。與很多科學(xué)歷史上的經(jīng)典發(fā)現(xiàn)一樣，飛秒LASIK手術(shù)始于偶然，終于必然。在杜德濤眼中，飛秒LASIK手術(shù)的發(fā)明歷程中有著一系列的偶然。穆魯想到CPA技術(shù)的概念就是有一次在滑雪纜車上的靈光乍現(xiàn)，加上杜德濤的意外事故、庫爾茨的敏銳意識以及加拿大偶遇尤哈斯，按照杜德濤的原話就是，“這是天時、地利、人和的集大成”。至于“必然”，首先是穆魯一直專注于追求超快超強激光，并開創(chuàng)了很多前沿工作，這給他們實現(xiàn)飛秒LASIK手術(shù)埋下了“必然的種子”。其次是密歇根大學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的遠見卓識。他們并沒有把杜德濤的實驗室事故僅僅當成負面事件來管理，而是看到了其社會價值和經(jīng)濟價值的潛力所在，給了穆魯更多的資金支持來研發(fā)醫(yī)學(xué)應(yīng)用。還有一個前提，穆魯實驗室在更早時候就發(fā)現(xiàn)了飛秒激光可以造成損傷的獨特的優(yōu)良性能。然而，在杜德濤看來，這種實驗室意外并非好的研究榜樣，“要是我有選擇的話，我肯定不當小白鼠，因為風險是不確定的”。當被問及對沒有沿著眼科手術(shù)之路走下去是否存有遺憾，杜德濤顯得頗為平靜。他的看法是，遺憾說不上，因為還是喜歡做原有的應(yīng)用研究，并且“自我感覺還不錯”。實際上，實驗室的意外并未給他帶來實質(zhì)的病痛和不便，加上他很早就打算去工業(yè)界，而飛秒LASIK手術(shù)的研發(fā)當時仍屬于密歇根大學(xué)主導(dǎo)的初創(chuàng)項目，如果要繼續(xù)做下去，他可能需要留在穆魯實驗室擔任博士后。數(shù)十年來，杜德濤很少公開談及他在飛秒LASIK手術(shù)發(fā)展歷程中的角色。因為杜德濤是激光專家，周圍的人們時常會無意中問他是否了解飛秒LASIK手術(shù)。只有這時候，他們才會陡然意識到面前的這個人就是那個偉大發(fā)明的核心人物之一，是應(yīng)該被寫入眼科教材的人物。
https://www.goldengooseaward.org/01awardees/lasik
https://patents.google.com/patent/WO1995027587A1
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