在微納尺度探索毛細(xì)血管的奧秘
——訪上海大學(xué)無(wú)人艇工程研究院特聘副研究員岳濤

岳濤

我們是在2019年度啟明星的授證交流會(huì)上認(rèn)識(shí)岳濤的，一個(gè)口音有一點(diǎn)點(diǎn)閩粵話味道、陽(yáng)光帥氣的大男孩。因?yàn)槭潜灸甓刃怯杨C證交流會(huì)的承辦單位，岳濤和他的小伙伴們忙里忙外，落實(shí)好學(xué)校安排的各個(gè)細(xì)節(jié)。那天的天氣還是比較涼爽的，但岳濤的襯衫前后都有汗水印記。后面的聯(lián)誼聚會(huì)和選舉班委等環(huán)節(jié)，站在臺(tái)上的岳濤談吐、表達(dá)都有不俗的表現(xiàn)，最終他以坦誠(chéng)和實(shí)在的承諾當(dāng)選2019級(jí)星友群的二位班長(zhǎng)之一。這次活動(dòng)，岳濤給眾星友和所有與會(huì)者留下了印象，我們?cè)诳紤]啟明星采訪對(duì)象時(shí)自然就想到了他。在傾聽了岳濤的成長(zhǎng)經(jīng)歷和了解了他在科研之路上的追求后，我們?cè)桨l(fā)覺(jué)得岳濤是值得采寫的對(duì)象，我們的選擇是對(duì)的。

遇良師，內(nèi)在潛能獲挖掘

岳濤1984年出生于湖北宜昌，父親是公務(wù)員，母親是國(guó)企員工。出生未幾，由于父親工作原因，他隨父母來(lái)到廣州定居，直到初中才回到宜昌。岳濤說(shuō)自己從小并不是那種成績(jī)突出的孩子，但是老師發(fā)現(xiàn)他蠻喜歡動(dòng)腦筋想問(wèn)題，就鼓勵(lì)他去參加數(shù)學(xué)競(jìng)賽，他沒(méi)有辜負(fù)老師的期望，通過(guò)努力獲得了廣州市級(jí)層面的獎(jiǎng)項(xiàng)，岳濤說(shuō)：“現(xiàn)在回想起來(lái)，真的要十分感謝老師對(duì)我的潛能的發(fā)現(xiàn)和鼓勵(lì)。參加數(shù)學(xué)競(jìng)賽并得到獎(jiǎng)項(xiàng)這件事不僅讓我建立了自信，而且讓我發(fā)現(xiàn)了自己擅長(zhǎng)的東西，這對(duì)一個(gè)孩子來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。如果沒(méi)有人來(lái)引導(dǎo)我，我自身的潛力肯定得不到挖掘，極有可能就被埋沒(méi)或者沉淪下去了，所以我很幸運(yùn)在學(xué)業(yè)的關(guān)鍵階段有老師給了我一個(gè)正確的方向?！?/p>

這樣建立起來(lái)的信心也“反哺”于岳濤的學(xué)習(xí)上，他的成績(jī)得到了很大的提升，數(shù)學(xué)也成為他的長(zhǎng)項(xiàng)和興趣愛(ài)好。岳濤回到宜昌上初中后，雖然短期內(nèi)有一定的不適應(yīng)，但初二參加全國(guó)奧數(shù)競(jìng)賽時(shí)仍然獲得了二等獎(jiǎng)，一直到初中畢業(yè)，他的數(shù)學(xué)成績(jī)都是宜昌市的第一名。甚至到大學(xué)，他都會(huì)用做數(shù)學(xué)題的方式讓自己放松，這對(duì)他來(lái)說(shuō)是一種游戲和娛樂(lè)。高中時(shí)，岳濤的成績(jī)?cè)趯W(xué)校一直名列前茅，最終如愿進(jìn)入自己心儀的同濟(jì)大學(xué)，喜歡數(shù)學(xué)的岳濤打聽到同濟(jì)大學(xué)的數(shù)學(xué)教學(xué)，特別是他們的數(shù)學(xué)教材是國(guó)內(nèi)大學(xué)的標(biāo)桿。

愛(ài)數(shù)學(xué)，走上微機(jī)械研究路

通過(guò)同濟(jì)大學(xué)機(jī)械系四年的學(xué)習(xí)，岳濤對(duì)機(jī)械工程有了一定的了解，他發(fā)現(xiàn)自己對(duì)機(jī)器人和自動(dòng)控制很感興趣，于是在大四做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)選擇了進(jìn)入做機(jī)電一體化控制研究的劉釗教授的實(shí)驗(yàn)室。岳濤很想趁做畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，檢驗(yàn)一下自己四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)有沒(méi)有實(shí)際用處，或者說(shuō)想驗(yàn)證一下自己將書本知識(shí)轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用的能力。岳濤的畢業(yè)論文是要設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在劉老師的指導(dǎo)下，他花了半年多的時(shí)間最終研制了一個(gè)可以監(jiān)測(cè)油溫、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)等數(shù)據(jù)的手持終端顯示裝置。這個(gè)過(guò)程讓岳濤很有成就感。

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后岳濤就進(jìn)入劉教授的實(shí)驗(yàn)室攻讀碩士學(xué)位。此時(shí)，劉教授和當(dāng)時(shí)從日本東京工業(yè)大學(xué)留學(xué)歸來(lái)的朱玉田、俞燕蕾教授等申請(qǐng)到了一個(gè)光控微機(jī)械方面的863子課題。俞燕雷也是我們啟明星，現(xiàn)在是復(fù)旦大學(xué)的教授，她在課題中主攻光控材料。劉、朱兩位教授帶領(lǐng)的同濟(jì)大學(xué)課題組主要負(fù)責(zé)用這個(gè)材料去做微機(jī)械。作為課題組一員，岳濤的任務(wù)是將光控材料應(yīng)用于微機(jī)械中。

微機(jī)械在這里出現(xiàn)了多次，我們讓岳濤解釋一下。岳濤說(shuō)所謂微機(jī)械，其操作尺度為100微米左右，相當(dāng)于人的一根頭發(fā)絲的直徑，這也是人的裸眼能夠分辨的極限。這種尺度的微機(jī)械可用于控制微量液體的輸出輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)微量液體的精確控制。相對(duì)于微機(jī)械，傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)（齒輪或軸承等）的尺寸和機(jī)構(gòu)間的響應(yīng)速度無(wú)法與之比擬，而且，微量流體的操控從理念到手法都是完全不同的。譬如岳濤所在的劉、朱兩位教授帶領(lǐng)的同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)就是利用光控材料對(duì)紫外光敏感的特性（光照后材料可以彎曲），設(shè)計(jì)了一種特別的機(jī)構(gòu)將光控材料的這一特性轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)材料在微機(jī)械上的運(yùn)用。

轉(zhuǎn)眼到了岳濤碩士畢業(yè)的當(dāng)口，岳濤面臨諸多的選擇：是工作還是繼續(xù)讀博，讀博的話是在國(guó)內(nèi)讀還是到國(guó)外去看看？由于機(jī)械是一個(gè)與工程結(jié)合得特別緊密的專業(yè)，在各行業(yè)中需求量大，因此就業(yè)的學(xué)生占了很大比例，選擇讀博做研究的人很少。但岳濤似乎并沒(méi)有受到這些影響，碩士三年的研究堅(jiān)定了自己要繼續(xù)攻博，走科研之路的想法。他深切地感受到，能了解事物本質(zhì)的基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之源，只有基礎(chǔ)研究取得突破才能推動(dòng)應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從而推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，他希望通過(guò)自己的研究能給社會(huì)帶來(lái)哪怕一點(diǎn)點(diǎn)的改變，就已經(jīng)體現(xiàn)了他做科研的價(jià)值所在。

2011年在美國(guó)舊金山參加IEEE智能機(jī)器人系統(tǒng)大會(huì)時(shí)與導(dǎo)師及同門合影

劉釗老師也希望岳濤繼續(xù)走微機(jī)械之路，并建議他去發(fā)達(dá)國(guó)家深造，劉釗和朱玉田兩位導(dǎo)師都為他寫了推薦信。當(dāng)時(shí)他考慮的主要是在微機(jī)械研究走在前沿的美國(guó)和日本的相關(guān)高校實(shí)驗(yàn)室。加上對(duì)東亞文化感興趣，在大學(xué)時(shí)選修了日語(yǔ)，所以他把日本的大學(xué)研究機(jī)構(gòu)作為首選。在發(fā)出近百封郵件后他收到了早稻田、名古屋、九州三所大學(xué)的offer，最終選擇名古屋大學(xué)是因?yàn)樵撔５母Ｌ锩裟薪淌谑菣C(jī)器人及微納操控領(lǐng)域的世界級(jí)專家，而且福田教授在回復(fù)的郵件中展現(xiàn)了他的親和力，對(duì)岳濤非常鼓勵(lì)，建議他馬上開始申請(qǐng)流程。

經(jīng)過(guò)近一年的入學(xué)和獎(jiǎng)學(xué)金申請(qǐng)，2010年10月2日，岳濤赴名古屋大學(xué)工學(xué)院微納系統(tǒng)工程系福田敏男教授的團(tuán)隊(duì)攻讀博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)他的學(xué)費(fèi)是全免的，生活費(fèi)得到了中國(guó)政府的支持，福田教授也給了學(xué)生一定的補(bǔ)貼。所以岳濤說(shuō)他在名古屋大學(xué)開始了生活無(wú)憂的四年科研好時(shí)光。

在扶桑，幸得世界級(jí)專家指導(dǎo)

盡管因?yàn)楦Ｌ飳?dǎo)師的人格魅力，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)的氛圍很好，但初來(lái)乍到的岳濤到了這個(gè)完全陌生的環(huán)境，而且是世界頂尖的實(shí)驗(yàn)室，讓自覺(jué)學(xué)科基礎(chǔ)不是最好的岳濤備感壓力：首先是語(yǔ)言上，這個(gè)國(guó)際化的團(tuán)隊(duì)包含各國(guó)的學(xué)生，交流基本用英文；其次是學(xué)術(shù)上，有很大的沖擊，很多新儀器設(shè)備都沒(méi)有見(jiàn)過(guò)，不知道從哪里開始學(xué)；再次是學(xué)習(xí)態(tài)度上，福田教授希望每個(gè)人都有很強(qiáng)的主動(dòng)性，鼓勵(lì)大家去想、敢想的思維方式。

實(shí)驗(yàn)室對(duì)新來(lái)的博士生要求一個(gè)月之內(nèi)提出科研方案，并在組會(huì)上作介紹。一籌莫展之時(shí)，實(shí)驗(yàn)室里幾個(gè)中國(guó)師兄伸出援手，他們幾乎是手把手地把岳濤帶入到生活和科研的正常軌道：包括與導(dǎo)師交流如何凝練科研想法，如何規(guī)范地做科研路線規(guī)劃和研究方案，甚至細(xì)化到如何在PPT上作恰當(dāng)?shù)恼故?、表達(dá)思想等等。一個(gè)月內(nèi)岳濤根據(jù)師兄們提供的信息和建議，結(jié)合自己以往的科研經(jīng)歷提出了一個(gè)方案，并在第一次組會(huì)上用英語(yǔ)作了展示。盡管做了比較充分的準(zhǔn)備，但講的過(guò)程中福田教授和其他老師還是給了很多批評(píng)，但在批評(píng)的同時(shí)卻很肯定岳濤能提出自己想法，總體上也是認(rèn)可他的開題方案的。第一次的組會(huì)報(bào)告對(duì)岳濤是一個(gè)綜合的考驗(yàn)，過(guò)程雖然很艱難，但他受益匪淺。

福田教授的實(shí)驗(yàn)室研究各種尺度的機(jī)器人，岳濤選擇了與自己研究背景相關(guān)的微米級(jí)機(jī)器人，這種機(jī)器人及其操作的尺度是10微米，必須借助顯微鏡來(lái)進(jìn)行研究。目前，針對(duì)血管損傷，主要是用非生物材料，如高分子材料做成的人工血管進(jìn)行替代，但它存在易老化、生物相容性和安全性不足等問(wèn)題，岳濤從事的課題研究是希望通過(guò)機(jī)器人將人體本身的細(xì)胞構(gòu)建成人工血管。這一研究也是日本文部科學(xué)省一個(gè)大的5年計(jì)劃的一部分，目標(biāo)是通過(guò)對(duì)生物組織和細(xì)胞的操作和組裝來(lái)構(gòu)建人工器官（包括血管）。岳濤從剛開始要做一個(gè)對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行操控的機(jī)器人，到后來(lái)逐步凝練提升，在博士畢業(yè)時(shí)他已經(jīng)完成了人工血管的機(jī)器人化高效構(gòu)建——構(gòu)建了一套多動(dòng)能的微流控芯片平臺(tái)，集成了很多機(jī)器人的操作，包括從目標(biāo)細(xì)胞的增殖、操控、包埋、構(gòu)建到最終構(gòu)建成直徑為1毫米的人工血管。

當(dāng)我們問(wèn)起福田教授對(duì)岳濤的評(píng)價(jià)時(shí)，他暖心地笑了笑說(shuō)，導(dǎo)師很喜歡他，認(rèn)為他不僅做事細(xì)心，而且為人可靠，交代的事情肯定記得且按時(shí)按質(zhì)完成，讓人放心。不足的地方是還需要更大膽地與人交流。

微齒輪驗(yàn)證了微米級(jí)高速原位光加工技術(shù)，該技術(shù)是構(gòu)建多功能微流控芯片的重要基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了芯片內(nèi)微環(huán)境的精確調(diào)控

器官芯片內(nèi)的毛細(xì)血管

赴美國(guó)，深度參與微納生物醫(yī)藥研發(fā)

2014年，岳濤即將博士畢業(yè)。他給自己定了一個(gè)小目標(biāo)：如果博士畢業(yè)時(shí)能夠發(fā)一篇比較好的論文，自己就再去美國(guó)做博士后，感受一下處于世界科技霸主地位的美國(guó)是如何進(jìn)行科研的?？此齐S心的決定背后其實(shí)是一顆堅(jiān)定走科研路線的心，岳濤畢業(yè)前果真有一篇文章被微流控領(lǐng)域最好的雜志接受了。已有成果加上福田教授的推薦，岳濤很順利地申請(qǐng)到美國(guó)的俄亥俄州立大學(xué)。

俄亥俄州立大學(xué)的醫(yī)學(xué)比較出名，特別是微納米技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。岳濤在俄亥俄州立大學(xué)兩年間開發(fā)了一個(gè)微納操控的實(shí)時(shí)藥物作用評(píng)價(jià)系統(tǒng)，利用這個(gè)系統(tǒng)可以對(duì)未知疾病的病理做出工學(xué)上的解釋。所謂工學(xué)上的解釋，是指從細(xì)胞或蛋白的物理機(jī)械性能，如軟/硬度、粗糙等形態(tài)上觀察病變情況，解釋疾病機(jī)理。不同的疾病在物理性能上有不同的表現(xiàn)和特點(diǎn)，可以從形態(tài)和物理特性的角度做出分辨。在此期間，岳濤仍一直在關(guān)注人工血管方面的進(jìn)展，當(dāng)看到加州大學(xué)歐文分校有關(guān)人工血管的博士后研究項(xiàng)目時(shí)立馬就申請(qǐng)并獲批。這樣，岳濤又在歐文分校度過(guò)了近兩年的博士后生涯。

雖然都是做人工血管，但日美的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)路線不同，前者是用機(jī)器人去搭建細(xì)胞從而生成血管，而后者是通過(guò)微納技術(shù)操控細(xì)胞生長(zhǎng)的環(huán)境，讓細(xì)胞自己構(gòu)建生成血管，操控的環(huán)境不同，可以形成不同的器官。在歐文分校做博后研究期間，岳濤將自己研制的微流控芯片平臺(tái)與器官結(jié)合起來(lái)做成器官芯片，這樣的器官芯片不僅可以修復(fù)、替代血管，還可以用來(lái)測(cè)試和篩選藥物。而這后一個(gè)功能實(shí)際上又開拓了一個(gè)與藥物創(chuàng)制有關(guān)的新的方向。

岳濤解釋，目前抗癌藥藥價(jià)奇高在于研發(fā)過(guò)程的成本很高，過(guò)程繁復(fù)，通常是從上萬(wàn)個(gè)化合物中進(jìn)行篩選，一步步進(jìn)行細(xì)胞層面的實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)、臨床實(shí)驗(yàn)，研發(fā)時(shí)間可能要15年，涉及數(shù)十億美元的投入。如果有一種能更有效剔除無(wú)效候選藥的工具，就能大大降低研發(fā)時(shí)間和資金投入。而器官芯片就是這樣一種工具，可以針對(duì)不同的疾病開發(fā)不同的芯片模型去測(cè)試不同的藥物。例如，毛細(xì)血管是藥物進(jìn)入人體的最終部位，把癌細(xì)胞嵌入到血管芯片內(nèi)部，通過(guò)往血管芯片注入篩選藥物，就能夠觀察到該藥物對(duì)癌細(xì)胞的作用，同時(shí)也能了解藥物對(duì)血管有無(wú)副作用。制藥企業(yè)對(duì)此有巨大的需求。岳濤在博后期間不僅申請(qǐng)了專利，還協(xié)助該成果產(chǎn)業(yè)化，不少藥企成為他們的客戶。

綜上，岳濤在美國(guó)兩地四年的博后科研經(jīng)歷不僅讓他學(xué)術(shù)上有很大收獲，也使得他對(duì)美國(guó)的產(chǎn)學(xué)研體系、成果轉(zhuǎn)化和商業(yè)化有了操作層面上較深入的了解和感受。

沐春風(fēng)，從上大無(wú)人艇再出發(fā)

2018年，結(jié)束四年的博士后研究工作，岳濤加入上海大學(xué)無(wú)人艇研究團(tuán)隊(duì)。事實(shí)上，早在2016年暑假期間，他就到上海大學(xué)拜見(jiàn)了無(wú)人艇研究團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)辦人羅均教授，與羅均老師團(tuán)隊(duì)有了直接接觸與交流，團(tuán)隊(duì)幾位老師對(duì)年輕人的期望、培養(yǎng)和呵護(hù)之情，讓岳濤非常想加入這個(gè)團(tuán)隊(duì)。當(dāng)然岳濤本人的學(xué)習(xí)研究經(jīng)歷，特別他在國(guó)際該領(lǐng)域最好的福田敏男教授實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)歷，以及他正在研究的微納機(jī)器人在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用是無(wú)人艇領(lǐng)域非常重要的補(bǔ)充。一個(gè)識(shí)才、愛(ài)才，一個(gè)確實(shí)有才，這樣雙方一拍即合。

談及未來(lái)的科研規(guī)劃，岳濤希望能進(jìn)一步了解血管生成的機(jī)理，目前通過(guò)操控環(huán)境雖然可以生成血管，但是對(duì)細(xì)胞如何生成血管、環(huán)境對(duì)血管生成的影響等都還有待深入了解。如何通過(guò)微納操控建立特定環(huán)境（輸入）與該環(huán)境下血管生成效果（輸出）之間的聯(lián)系將是岳濤未來(lái)研究的重點(diǎn)，也是他這次獲批的啟明星課題的研究方向。

訪問(wèn)中，岳濤不止一次地說(shuō)了這樣一段話：“不努力追求很難再上一個(gè)更高的臺(tái)階，也根本不知道自己的潛質(zhì)在哪里。也許翻過(guò)這堵墻之后就是另外一番風(fēng)景?！边@其實(shí)既是他這些年在科研之路上不斷努力的寫照，也是可以跟更多人分享的切身感悟。

翻開2019級(jí)啟明星名錄，岳濤目前的職稱還只是講師。相對(duì)于不少已是研究員、教授的星友，似乎“低”了點(diǎn)。但我想這也恰恰體現(xiàn)了啟明星計(jì)劃扶持青年科技人才的初衷，在他們事業(yè)的起步階段給予雪中送炭的支持，助其在科研之路上走得更穩(wěn)更好。同時(shí)我們也注意到上海大學(xué)一直在對(duì)優(yōu)秀青年才俊的扶助上有大手筆，剛?cè)肼氁荒瓴坏降脑罎呀?jīng)受聘為無(wú)人艇研究院特聘副研究員就足見(jiàn)他們是厚待有為年輕人的。相信岳濤在這樣暖心的環(huán)境中一定會(huì)踏實(shí)精進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自己“用科研推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步”的抱負(fù)。