扎根生物制造 造福臨床醫(yī)療

馬夢(mèng)珂

21世紀(jì)，生命科學(xué)和生物技術(shù)將成為科技的潮流，使人類的社會(huì)形態(tài)和生活方式發(fā)生改變。作為社會(huì)發(fā)展基礎(chǔ)的制造技術(shù)，該學(xué)科也在為人類的生命質(zhì)量提高而不懈努力。在人的生命發(fā)展歷程中，組織和器官缺損是人類健康面臨的主要危害之一，在全球具有很大的市場(chǎng)空間。隨著生物增材制造技術(shù)的發(fā)展，未來人類組織和器官缺損替代修復(fù)有望成為可能。

“傳統(tǒng)的制造，我們?nèi)ピ煲粡堊雷印⒁话岩巫?，造出來的東西是沒有生命的。而生物制造是傳統(tǒng)制造學(xué)科與生命材料等學(xué)科交叉以后，形成的一個(gè)新興的交叉學(xué)科，它造出來的東西是面向人、有活性的，所以它造的東西存在后期生長(zhǎng)的問題?！鄙虾４髮W(xué)教授劉媛媛說。十余年來，她和研究團(tuán)隊(duì)一直圍繞生物制造與生物增材制造等領(lǐng)域開展研究工作，在健康中國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)的提出背景之下，他們一直在用自己獨(dú)有的研究特色，為祖國(guó)的生物制造醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展助力前行，立志用科研成果為人民的生命健康帶去福音。

深入生物制造

奮斗的意義在劉媛媛身上體現(xiàn)得淋漓盡致。從最開始接觸科研到之后科研方向的轉(zhuǎn)換與歷練，對(duì)于劉媛媛來說，是一種挑戰(zhàn)，也是發(fā)現(xiàn)自己潛力的過程。

從本科到博士，她一直扎根在控制工程專業(yè)領(lǐng)域中，積累了豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。在上海交通大學(xué)博士畢業(yè)后，劉媛媛順利來到了上海大學(xué)快速制造工程中心從事科研工作。在她的介紹下，記者了解到，上海大學(xué)快速制造工程中心是由華中科技大學(xué)和上海大學(xué)共同組建，是面向?qū)W校、面向上海、面向長(zhǎng)江三角洲、面向全國(guó)的高新技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用中心，主要從事面向新產(chǎn)品開發(fā)的快速成形技術(shù)、快速制模技術(shù)等的研究與應(yīng)用。“在原有的科研領(lǐng)域中前行開拓多年，相較于理論研究我更愿意從事一些看得見、摸得著的工作。”在這一平臺(tái)之上，劉媛媛開始將自己在控制領(lǐng)域所積累的研究經(jīng)驗(yàn)和中心致力的研究方向相結(jié)合，開展一系列探索。

生物制造技術(shù)應(yīng)用各種生物制造方法，快速制造表面復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從加工能力、產(chǎn)品功能、加工效率、加工成本等不同角度解決常規(guī)微納制造的“瓶頸性”制造難題，為人類的健康、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)，使制造科學(xué)發(fā)生一場(chǎng)新的革命。最初接觸到這一研究領(lǐng)域時(shí)，劉媛媛直言自己很興奮，“當(dāng)時(shí)我就覺得這個(gè)技術(shù)很神奇，它居然將人工構(gòu)建的物質(zhì)植入人體，在促進(jìn)原有的器官生長(zhǎng)完之后，原本植入的東西就會(huì)代謝消失，從而實(shí)現(xiàn)完美修復(fù)”。

在中心團(tuán)隊(duì)的研究積累之上，劉媛媛之前在控制方向上所積累的研究經(jīng)驗(yàn)，很快就在交叉學(xué)科中體現(xiàn)了出來。在她看來，生物制造的過程一定要符合發(fā)育的過程，就像一個(gè)孩子的成長(zhǎng)歷程一樣，其出生之后，怎樣將其養(yǎng)大、養(yǎng)成一個(gè)優(yōu)秀的人，都要考慮進(jìn)去。“這就屬于一個(gè)調(diào)控的過程?！眲㈡骆抡f。而當(dāng)她將生物制造領(lǐng)域與原來的學(xué)科知識(shí)完美融合起來時(shí)，其創(chuàng)新想法也隨之涌現(xiàn)。

團(tuán)隊(duì)合作攻關(guān)不輟

人生就是一個(gè)不斷歷練、成長(zhǎng)的過程。博士畢業(yè)，工作單位的改變、研究方向的改變，劉媛媛直言自己也曾經(jīng)歷過一系列的迷茫，當(dāng)時(shí)她的內(nèi)心最簡(jiǎn)單樸素的想法就是腳踏實(shí)地，在研究崗位上不斷磨煉，一步步積累，形成自己的研究?jī)?yōu)勢(shì)。而在將這份工作當(dāng)成自己人生的事業(yè)奮斗開拓的同時(shí)，她也逐步走入了研究正軌，和團(tuán)隊(duì)通過不斷探索，取得了一系列創(chuàng)新性的科研成果。

與其他團(tuán)隊(duì)不同的是，劉媛媛所在的科研團(tuán)隊(duì)是一支有著多學(xué)科方向的科研隊(duì)伍。他們會(huì)在自己原有的技術(shù)積累背景下，將這些技術(shù)融合起來共同去解決生物制造組織器官修復(fù)的共同問題。在生物制造的過程中，劉媛媛團(tuán)隊(duì)在保證形似的同時(shí)，更加追求神似，即讓其功能和組織修復(fù)到逼近天然的狀態(tài)?！八晕覀冎圃焖玫脑隙际怯猩锵嗳菪缘牟牧希瑢⑦@些東西用工程的方法組裝起來，去修復(fù)組織器官的缺損?！眲㈡骆抡f。多年來，他們就將研究聚焦在這一領(lǐng)域，開展了一系列創(chuàng)新性探索。通過研究開拓，2014—2015年，劉媛媛課題組率先在3D打印領(lǐng)域提出了比較顛覆的3D打印系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，在領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了一定的影響力。

一般來說，常規(guī)的3D打印體系主要分為建?！衅圃烊?。但是，劉媛媛課題組卻認(rèn)為：傳統(tǒng)的制造方式，在生物制造體系中并不適用。因?yàn)槿梭w的天然組織器官中會(huì)有一些尺度的信息，而其獨(dú)有的特性沒有辦法用計(jì)算機(jī)來建模，如果通過完全建模且在模型驅(qū)動(dòng)下制造，往往造不出逼真的仿生效果。在這一背景下，劉媛媛課題組提出了在原有的建模到切片的制造體系下，加入工藝管理模塊，將物理場(chǎng)的調(diào)控作用融入3D打印的過程中，借助溫度場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光場(chǎng)等物理場(chǎng)，迫使打印的對(duì)象發(fā)生某種反應(yīng)，甚至發(fā)生某種調(diào)控作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)仿生的目的。這一方法摒棄了傳統(tǒng)模型制造的弊端，提出了更為顛覆性的策略，為生物制造領(lǐng)域提供了更為堅(jiān)實(shí)的科技支撐。而劉媛媛團(tuán)隊(duì)也將研究成果在《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》上進(jìn)行了發(fā)表。經(jīng)過多年的研究實(shí)踐證明：生物制造通過單一的3D打印工藝是解決不了的，必須通過多種物理層復(fù)合。而他們也是領(lǐng)域內(nèi)早期提出這一研究理念的科研團(tuán)隊(duì)。

從事科研多年來，劉媛媛也憑借扎實(shí)的科研功底及創(chuàng)新的科研想法獲得軍委科技委重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及省部級(jí)和醫(yī)院委托項(xiàng)目等多項(xiàng)項(xiàng)目支持，發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，獲發(fā)明專利授權(quán)30余項(xiàng)，榮獲第二十屆國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)高校展區(qū)特等獎(jiǎng)，第20屆中國(guó)國(guó)際高新技術(shù)成果交易會(huì)優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)，多項(xiàng)成果在美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)下的AIP ADVANCE雜志以高亮論文的形式刊出，并被Science Daily、Science News轉(zhuǎn)載，研究工作也得到了中央電視臺(tái)、《科技日?qǐng)?bào)》等媒體的報(bào)道。

將研究扎根臨床

科研之路坎坷常在。在劉媛媛看來，有時(shí)在科研之路上經(jīng)歷了低潮，人反而更加理性、更加客觀。生活中，家人對(duì)她無私的支持，就是她堅(jiān)強(qiáng)的后盾。骨子里對(duì)于這份事業(yè)的堅(jiān)持，也讓她更加要強(qiáng)、不服輸。

猶記得最初劉媛媛深入到生物制造領(lǐng)域中時(shí)，她也遇到了一系列研究瓶頸。為了能盡快地走出思維的局限，她還曾于2016年、2018年，分別赴美國(guó)密歇根大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)從事訪問交流，而這兩趟研究之旅也讓劉媛媛備受感染?！皣?guó)外科研工作者那種踏實(shí)的工匠精神，對(duì)我的觸動(dòng)很大，回國(guó)之后我在做研究的時(shí)候也會(huì)不斷告誡學(xué)生，生物制造的典型特征是‘高級(jí)訂制，只有把東西給制造出來，才能真正造福社會(huì)、造福人類?！眲㈡骆抡f。

如今，作為博士生導(dǎo)師，只要時(shí)間允許，劉媛媛就會(huì)扎根在實(shí)驗(yàn)室一線，和學(xué)生一起做實(shí)驗(yàn)?！叭绻胱屪约菏种械募夹g(shù)持續(xù)發(fā)展、實(shí)實(shí)在在地落地生根，不斷地實(shí)驗(yàn)、歷練是極為必要的。”劉媛媛說。因此，現(xiàn)如今劉媛媛所在課題組的研究對(duì)象都是面向醫(yī)院的臨床問題，將研究真正地面向臨床所需。

而對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)，她也會(huì)從科研基礎(chǔ)及人生道路上給予他們很多指導(dǎo)性的意見，告訴學(xué)生在生物制造領(lǐng)域中，研究視野的開闊、綜合能力的提升和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力的重要性;告訴他們?nèi)绻麑⑸镏圃熳鳛樽约旱娜松聵I(yè)，怎樣在這個(gè)領(lǐng)域中去成長(zhǎng)、去規(guī)劃。在劉媛媛看來，教書和育人同樣重要，而她多年來也一直踐行著這一準(zhǔn)則。

人生之路漫長(zhǎng)。在未來的科研道路上，劉媛媛還將和研究團(tuán)隊(duì)成員深入到生物制造領(lǐng)域“卡脖子”的科研問題中，集中團(tuán)隊(duì)力量解決一些亟須解決的技術(shù)問題，在和臨床對(duì)接之后，將研究推向轉(zhuǎn)化和落地?！白鳛榻徊鎸W(xué)科，緊密地對(duì)接臨床問題，梳理目前這個(gè)領(lǐng)域本身能夠應(yīng)對(duì)的一些問題，將其做成產(chǎn)品，這就是我們的出路，也是我們不斷前行的宗旨?！眲㈡骆抡f。未來，她和研究團(tuán)隊(duì)仍舊任重而道遠(yuǎn)！