原创材料十01-10 07:46
作者:材料+

摘要: 来自材料+的分享。

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【材料+说】:

他,原本攻读于热能与动力工程专业,却因一次意外的“烫伤”走进了生物医学工程;

他,因重视交叉学科与创新思维的培养,培育了一批具备跨学科能力的创新型科研人员,“献身交叉学科,争创世界一流”;

他和他的团队,着力于解决生物医学工程的基础性问题及设计、优化临床医学的治疗方案,从而推动生物医学工程的基础研究和应用研究

他,就是西安交通大学生命学院副院长徐峰教授,一个充满“趣味”的科研人员。今天,【材料+】记者就带你走进西交大徐峰教授的科研世界,深挖他背后有趣的故事。

1“趣味”求学经历

       徐峰教授的科研之路始于其本科与硕士期间的“锅炉”情缘。他于2001年获得西安交通大学热能与动力工程专业及工业工程专业双学士学位,继而被保送国家重点实验室,从事热能工程研究工作,2007年硕士毕业。硕士毕业后,徐峰机缘巧合地来到剑桥大学,跟随知名力学学者卢天健教授攻读博士学位。这时,他面临了每个博士都要苦苦思索好久的问题:怎样开始博士课题?

得到的答案却是:从聊天开始。

徐峰教授告诉记者,他的导师卢天健以前喜欢抽烟。有一次不小心,用烟头烫伤了手,起了一个“月牙形”的水泡。卢教授觉得这一现象十分有趣,和徐峰讨论之后,初步断定是烫伤后皮肤组织的热动力学响应产生了这样的现象,可以尝试进行系统性研究。从此,徐峰便以“皮肤热力学”为博士课题,一步步地完成了从一名热能工程师到生物力学方面的研究人员的身份转换,并于2008年顺利地取得了工程学博士学位。之后,他继续前往哈佛医学院/麻省理工学院(Harvard-MIT HST)做博士后和研究员,开始进一步接触生物医学工程。2011年全职回国,与卢天健教授共同建立了西安交通大学“仿生工程与生物力学研究中心”,逐渐组建了形成了一个多学科交叉研究的创新团队。

与记者分享完自己的科研经历后,徐峰教授说:“人生的经历很多是不可控的,不要抵制新的改变,要学会用开放的心态接纳新生事物。尝试改变,积极适应,这本身就很“酷”。”

2科研创新=生活+科研

       徐峰教授介绍说,“仿生工程与生物力学研究中心”主要关注具有挑战性的交叉科学前沿问题,并希望创造出能解决这些问题的有效工具。从中心成立到现在,团队一直秉承“力学基础理论-生物技术研发-应用推广”的学术思路,将固体力学和流体力学与工程学、生物医学等领域知识和技术交叉融合,探索人体组织/细胞/分子多尺度的力学行为和力学环境,主要开展了生物组织热-力-电耦合学(图1)、细胞热-力-电微环境工程(图2)、基于生物微流体力学的即时诊断技术(图3)等三方面研究。

1 心肌细胞实验

图2 皮肤热疼痛实验

图3 可控性分析

徐峰教授告诉记者,其实这些成果的许多研究思路都来源于生活,比如:中心研制的3D打印细胞装置(图4)和纤维状的水凝胶模型(图5)。

图4 3D打印装置

徐峰教授说,团队的研究人员通过利用3D打印技术创建细胞打印平台,可以在培养皿上打印出三维构造的细胞组织,完成组织体外构建。他强调,该打印技术可以使用患者自己的细胞,因此不易出现免疫排异反应。此外,这项装置与技术可应用于器官移植与体外疾病模型的建立,并将伴随未来3D打印技术的发展而不断进步。未来,这项技术可以解决稀缺器官的移植问题,造福全人类。

而这个大胆前卫的 “创意” 科研装置的灵感来源于目前十分新潮的3D打印技术。既然3D打印技术可以打印家具、衣服,那么是不是也可以打印细胞组织器官呢?团队研究人员经过反复比对实验,将含有不同组织细胞的水凝胶作为打印材料,成功搭建出了细胞打印平台。

另一个来源于生活的研究是纤维状的水凝胶模型构建。徐峰教授讲,纤维状的水凝胶模型可以模拟类似血管等形状与之相似的组织与器官,细胞在接近于体内自然的生存条件下繁殖生长,与患者的需求、匹配度更高。由于水凝胶内部的细胞分布需要是连续的,而细胞分布本身又具有不规则性,所以纤维状要求的水凝胶为制备增加了不小的难度。

图5 长条状水凝胶模型

而通过“拉面”的方式,团队成功高效地创造出了这种形状的水凝胶模型。这个创新灵感竟然来源于一个电视节目里的豆腐丝与拉面制作过程:卖豆腐丝儿的师傅用一个在医院里司空见惯的注射器,在出口处卡了个晒网,并往里不断的灌豆腐,随着注射器的前推,齐刷刷的豆腐丝儿乖乖地跑出来;对面摊位上的拉面小哥一动不动,面条在他不断抻拉下越变越长,从原来的一坨面疙瘩甩成了一根长长的棍棍拉面。“即面条型的水凝胶”。这让记者无不感慨,留心生活,也能做出高端的科研

3团队培养模式=兴趣保有激情+独立思考+交流合作


图为 生物医学工程与生物力学研究中心成员

提到团队取得的成果时,徐峰教授告诉记者,团队成立6年多以来,目前已出版中英文专著5本,发表了200余篇SCI期刊论文,并获授权发明专利20余项,实现了若干科研成果的关键应用。研究成果得到国内外学者的引用和正面评价,产生了一定的国际学术影响力。

他说,一个成功的科研团队是以学生为基础的(尤其在目前的中国),虽然每个学生具有不同的性格和特质,但优秀的研究生都具有三个共通点。保有对科研的兴趣和激情,这是他选择研究生的首要特质,也是他认为学生从事科研需要具备的一个最基本心态;其次是独立思考能力。研究生阶段的学习和培养不再像本科一样,不仅仅要完成课程和考核,更多是要求学生自己主动学习新知识和发现新问题,并将所学知识运用解决实际科学问题当中。兴趣激情和独立思考能力是相互关联的。有了科研兴趣,学生对科学的热情会进一步提升,会在科研过程中更加积极主动,去动脑、动手去发现和解决问题,也更富创造力。最后一点,也是团队一直在选择学生很强调的一点:与他人合作的能力。交叉学科领域研究往往需要具有不同专业背景人的相互合作,一个人若只埋头苦干,只关注自己专业领域知识,不利于今后的个人职业发展,更不能满足现今科研的要求。

另外,中心的培养模式一直都秉承“因材施教”,每个学生都有不同的职业发展规划。徐峰教授会按照个人今后发展的需求和其自身优势,对他们提出不同的学习要求,在能力培养方面也有所侧重。他还要求中心的学生要具备一定的“软实力”,即做人基本的素质和做事的能力。在中心每两周一次的组会上,每个研究生都要进行汇报工作,锻炼其基本的科研技能和交流能力。同时,课题组也会给他们提供宽松友善的交流空间,注重互动和交流,要求研究生有问题要及时解决,学会如何最快最有效地寻求帮助,解决问题,让他们在解决问题的过程中逐渐锻炼独立思考的能力。

4建立多元团队,争创一流科研


采访结束之际,徐峰教授就自己多年的教学经验,与记者谈论了一流科研建设话题。他告诉记者,如何建立多元化团队和加速促进科研成果转化,是建设一流科研需要深入思考的问题。

“多元化的队伍能够给团队带来所需要的多样化的信息、知识和资源,异质性知识的积累、创新、共享和应用,也是竞争力和先进性的保障。”

徐峰教授的团队成员,背景涵盖生物学、临床医学、力学、材料学、电化学等多学科,组成了一支以跨学科研究为特色的队伍。他告诉记者,优秀国外及企业人才的引进不仅可以强化团队在企业合作、多学科交叉等方面的优势,还能与世界名校的研究小组建立良好的合作关系,使得团队有机会输送更多的人员去国际名校交换交流,学习先进的理念和知识。

同时,团队还一直秉着开放的国际视野和发展理念,目前主要针对食品安全、重大疾病等热点问题也开发了一系列的即时诊断研究,在发表高水平论文的同时,推出了很多诊断产品(如微流体即时检测、生物3D打印笔)。这些产品具有操作简单、结果快速且其价格相对于实验室大型诊断设备较低等优点,非常适合基层医疗卫生机构使用。在满足检验服务的同时大幅降低仪器设备资金的投入,十分符合国家分级诊疗政策的大趋势。相信在徐峰教授的带领下,“仿生工程与生物力学研究中心”的科研建设将进一步走向一流,走向世界!

图6 微流体即时检测

图7 生物3D打印笔

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