文/王萬明

創(chuàng)新生物工程領(lǐng)航健康事業(yè)——記西南大學(xué)教授、國家青年“千人計劃”入選者康躍軍

文/王萬明

編者按：都說藝術(shù)源于生活，是藝術(shù)描畫點染了浩瀚美麗的歷史長河。而生活在21世紀(jì)的我們同時也深刻地認(rèn)識到：科學(xué)源于生活，而又以驚人的速度改變著生活，創(chuàng)造著嶄新的歷史，引領(lǐng)著人類文明不斷前行。生物醫(yī)學(xué)工程作為與我們息息相關(guān)的科學(xué)，則更是如此。

作為楚文化、漢文化、三國文化發(fā)源地的湖北省襄陽市，積淀著厚實的文化底蘊。出生在這里的康躍軍學(xué)習(xí)上進(jìn)，志存高遠(yuǎn)。1995年9月，他以優(yōu)異的成績考取了中國科技大學(xué)熱能與動力工程系，為其科研報國的夢想打開了大門，期間，他還加入了中國共產(chǎn)黨。大學(xué)畢業(yè)后，他曾在蘇州市明基電訊科技公司任職產(chǎn)品專員，積累了豐富的工業(yè)界實踐經(jīng)驗，但他感覺這并不是自己理想的職業(yè)生涯。于是，一年后他選擇了出國繼續(xù)深造，并于2004年6月獲得新加坡南洋理工大學(xué)機械與航天工程博士學(xué)位；2004年9月又被錄取于加拿大多倫多大學(xué)攻讀第二個博士學(xué)位；2005年8月轉(zhuǎn)學(xué)至美國范德比特大學(xué)機械工程系，并于2008年12月獲得第二個博士學(xué)位。接著先后加入澳大利亞莫納什大學(xué)（2008年12月-2009年12月）和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（2010年1月-2011年3月）擔(dān)任博士后研究員。2011年3月至2015年12月受聘于新加坡南洋理工大學(xué)化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院任助理教授（終身軌道制）、博士生導(dǎo)師。

2015年2月，康躍軍依托西南大學(xué)入選中組部第11批國家“千人計劃”青年人才，并于12月正式全職加入西南大學(xué)材料與能源學(xué)部，現(xiàn)任教授、博士生導(dǎo)師、潔凈能源與先進(jìn)材料研究院副院長。2016年9月入選第二屆“重慶市十佳科技青年獎”?，F(xiàn)為超過60份國際著名SCI學(xué)術(shù)雜志審稿人，曾作為本領(lǐng)域內(nèi)大型國際學(xué)術(shù)會議分會場主席，也先后為新加坡國防部國家實驗室、新加坡科技局、香港研究資助局、波蘭國家科學(xué)與高等教育部、中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部等機構(gòu)邀請為科技項目評審專家。

多年來，康躍軍教授重點以微流控生物芯片為中心在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域包括微流控技術(shù)、微尺度加工、生物電子傳感器、基于細(xì)胞芯片的組織工程、可穿戴式藥物傳輸及治療微型設(shè)備方面進(jìn)行了前沿和開創(chuàng)性的研究，并取得了一系列可喜的成績。回國后，他更是積極響應(yīng)國家號召，繼續(xù)用前沿科技和創(chuàng)新思維為祖國的健康事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

開拓進(jìn)取，致力生物工程科技創(chuàng)新高

據(jù)了解，康躍軍教授的科研工作一直集中在四個方向：1.利用微流控技術(shù)實現(xiàn)芯片上的細(xì)胞分離、探測及計數(shù)，以及癌癥標(biāo)志物的靈敏檢測；2.利用材料表面的物理、化學(xué)、形貌等改性誘導(dǎo)干細(xì)胞分化及組織形成；3.利用柔性微針膠帶對人體皮膚瘢痕瘤進(jìn)行微創(chuàng)治療；4.利用聚合物納米材料制備功能化的納米藥物載體并進(jìn)行可控釋放。并且在國外深造和工作期間，已經(jīng)基于微流控芯片實驗室技術(shù)的應(yīng)用研究，取得了諸多科研創(chuàng)新成果：

——芯片上的細(xì)胞分離技術(shù)

在微流控領(lǐng)域，首次實現(xiàn)了利用微管道中的電滲流在管道幾何形狀突變處所產(chǎn)生的直流介電泳力，進(jìn)行微米顆粒及生物細(xì)胞的自動和連續(xù)分離。分離的機理主要基于不同體積大小的細(xì)胞所承受介電泳力的大小不同而被分開，并且被電滲流驅(qū)動至不同的微通道而產(chǎn)生分離。此項創(chuàng)新技術(shù)可以將血細(xì)胞懸浮液通過特殊設(shè)計的聚合物材料微通道網(wǎng)絡(luò)，大小不同的血細(xì)胞通過核心分離區(qū)時被連續(xù)的分離到不同的微管道中進(jìn)行收集。根據(jù)不同細(xì)胞的實際大小可以調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓從而達(dá)到最佳的分離效果。作為一項實際應(yīng)用，曾與范德比特大學(xué)癌癥研究中心進(jìn)行了一系列的合作研究，成功的實現(xiàn)了對人體血液不同種類的白細(xì)胞，人體乳腺癌細(xì)胞和血液細(xì)胞，以及人體精子細(xì)胞和表皮細(xì)胞在微流控生物芯片上的分離。

——芯片上的細(xì)胞探測與計數(shù)技術(shù)

利用微尺度電滲流中微米或納米顆粒在微管道狹小空間處產(chǎn)生的電阻脈沖作為傳感信號來對通過的細(xì)胞進(jìn)行統(tǒng)計計數(shù)和大小分析。其基本原理在于細(xì)胞通過微管道系統(tǒng)的狹小孔道時將改變孔道部分的電阻率，以及孔道的電壓分壓，從而產(chǎn)生電壓變化脈沖信號。此信號包含細(xì)胞大小及數(shù)量方面的重要信息。通過對此電阻脈沖信號的分析可以對通過微通道的細(xì)胞進(jìn)行數(shù)量以及大小的統(tǒng)計。雖然此項技術(shù)主要機理類似于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中使用的Coulter細(xì)胞計數(shù)器。但是此研究將這項傳統(tǒng)的機理創(chuàng)新性的應(yīng)用到了微流控芯片系統(tǒng)中，更重要的是通過新穎的微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計和電子信號差分放大原理，系統(tǒng)的靈敏度被提高到同類型儀器的300倍以上或者商用細(xì)胞計數(shù)器的10倍以上。所開發(fā)的生物細(xì)胞探測芯片的測量準(zhǔn)確度已經(jīng)等效于或超過傳統(tǒng)設(shè)備，然而制造成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于商用大型設(shè)備。

——紙基生物醫(yī)療檢測芯片

與新加坡國立癌癥研究中心合作三年，研究開發(fā)出一套基于濾紙的微流控電化學(xué)檢測芯片用于，檢測人體血液中早期癌癥標(biāo)志物和循環(huán)腫瘤細(xì)胞。此項創(chuàng)新技術(shù)利用了石墨稀、表面聚合物及帶有抗體的納米粒子來修飾紙基芯片上的電化學(xué)電極，極大的增強了電化學(xué)免疫檢測中的電子轉(zhuǎn)移速率，從而提高了系統(tǒng)靈敏度、精確度和檢測速度。同時，所采用的濾紙材料將芯片成本降到極低。此類芯片可以同時檢測多種癌癥標(biāo)志物且具有極高的檢測靈敏度動態(tài)區(qū)間。并且這種技術(shù)不只局限于檢測人體癌癥標(biāo)志物，經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)可以更加廣泛的擴(kuò)展于更多生物和環(huán)境方面的應(yīng)用，例如細(xì)菌、病毒或其他病原體的有效檢測。

——基于細(xì)胞芯片的組織工程

用于制造微流控生物芯片的常用聚合物材料通常具有天然的疏水性質(zhì)，因而缺乏細(xì)胞與組織生長所必需的生物相容性。這種材料特性的限制對于基于細(xì)胞芯片的組織工程是一項巨大的挑戰(zhàn)。康教授團(tuán)隊通過改變聚合物材料的表面化學(xué)性質(zhì)，極大的增強了芯片表面的親水性和生物蛋白的吸附能力，從而顯著的提高了細(xì)胞在芯片內(nèi)的附著率及生物活性。通過這種創(chuàng)新的表面化學(xué)改性方式，驗證了間充質(zhì)干細(xì)胞在此類芯片上能夠形成完備的高密度多細(xì)胞的單層組織形態(tài)，并且能夠在生長因子的控制下向軟骨組織進(jìn)行分化。對分化細(xì)胞后續(xù)的蛋白質(zhì)基因表達(dá)分析則進(jìn)一步表明在此類生物芯片上所形成的組織各項生物指標(biāo)都超過了目前商用的組織細(xì)胞培養(yǎng)皿。通過此類改造后的生物芯片或生物反應(yīng)器可以極大的提高體外細(xì)胞組織的培養(yǎng)成功率，從而為基于干細(xì)胞的組織工程和再生醫(yī)學(xué)提供更有效，成本更低廉的解決方案。并且，這種生物芯片可以作為組織和微器官體外模型，應(yīng)用于疾病形成過程中的生理學(xué)機理研究，以及新藥開發(fā)和藥物篩選。相比傳統(tǒng)的動物和人體臨床實驗，這種基于芯片微器官的生物工程技術(shù)可以極大的降低藥物研發(fā)成本和縮短開發(fā)周期。

另一方面，康躍軍教授還獨立培養(yǎng)了博士畢業(yè)生5人，碩士畢業(yè)生10余人，指導(dǎo)本科生畢業(yè)設(shè)計40余人。在國際SCI學(xué)術(shù)刊物ACS Applied Materials and Interfaces, Acta Biomaterialia，Analytical Chemistry，Biosensors & Bioelectronics， Lab on a Chip， Nanoscale等發(fā)表SCI論文共90余篇（引用近2000次，H因子21），書籍章節(jié)14篇，國際發(fā)明專利1項，國內(nèi)發(fā)明專利2項，國際會議論文或摘要40余篇。所指導(dǎo)本科生和博士生屢獲國際著名大型學(xué)術(shù)會議獎項。與新加坡同行聯(lián)合研發(fā)專用于治療人體皮膚瘢痕瘤的無創(chuàng)微針膠帶技術(shù)被《今日科學(xué)》、《歐洲醫(yī)療設(shè)備技術(shù)》、新加坡《聯(lián)合早報》等國際媒體廣泛報道。在教書育人事業(yè)中盡職盡責(zé)的同時，也為解決醫(yī)療健康行業(yè)的當(dāng)前問題做出了積極的貢獻(xiàn)。

知行合一，拳拳赤子報國情

隨著中國對科技創(chuàng)新的不斷重視，祖國的健康事業(yè)更需要創(chuàng)新人才和前沿科技的推動。于是，2014年，他作為科技顧問，幫助自己第一個歸國博士畢業(yè)生郭勁宏博士在成都創(chuàng)立“四川拉雅微科技”公司，致力于研發(fā)自有知識產(chǎn)權(quán)的前沿微納米生物電子傳感技術(shù)，并將其產(chǎn)業(yè)化為中國市場目前所稀缺的移動式、可穿戴式生物醫(yī)療檢測設(shè)備。通過這種產(chǎn)學(xué)研的密切結(jié)合，康教授團(tuán)隊希望為中國醫(yī)療健康行業(yè)注入創(chuàng)新活力，用最新的科學(xué)技術(shù)改變和提高人們的生活質(zhì)量。

2015年7月，康躍軍教授做出了職業(yè)生涯中最鄭重的選擇，并于12月順利交接完新加坡的所有工作安排后全職回國。在不到一年的時間里，成功組織了一支年輕、進(jìn)取和充滿活力的科研團(tuán)隊，包括了3名副教授和8名研究生。同時，還建成了擁有微納米加工、表面處理、小分子化學(xué)合成、光學(xué)測定、體外釋放、細(xì)胞培養(yǎng)、生物成像、小型動物實驗、萬級超凈室等一系列的實驗技術(shù)平臺。目前，超過500萬元的主要相關(guān)設(shè)備均已調(diào)試安裝完畢并正常運行。

未來，依托于西南大學(xué)潔凈能源與先進(jìn)材料研究院領(lǐng)先和完備的科研平臺，康教授團(tuán)隊將進(jìn)一步積極開拓創(chuàng)新基于微流控和微陣列的芯片實驗室技術(shù)和納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)，結(jié)合當(dāng)前在材料、化學(xué)、微電子、通信及生物納米技術(shù)領(lǐng)域國際最新進(jìn)展，設(shè)計制造創(chuàng)新型的便攜式、集成式、自動化的生物醫(yī)療器件，實現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究，快速診斷治療，再生醫(yī)學(xué)與組織工程生物材料等方面的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。并且，與西南地區(qū)的醫(yī)療健康行業(yè)深度合作，以臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用為目標(biāo)，促進(jìn)醫(yī)療科技的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，從而響應(yīng)國家在“十三五”規(guī)劃綱要中提出的推動建立以創(chuàng)新科技驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)模式。

能夠有如此神速的進(jìn)展，康躍軍教授表示特別感激張衛(wèi)國校長、李明副校長、李長明院士、劉光遠(yuǎn)助理、黃承志處長、陳志謙部長和楊勁書記等西南大學(xué)及材料與能源學(xué)部領(lǐng)導(dǎo)和同事們的鼓勵與關(guān)懷，以及在團(tuán)隊和實驗室建設(shè)方面給予的大力協(xié)助。他相信，在團(tuán)隊成員的共同努力下，他們必將在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域大有所為，為祖國的健康事業(yè)注入新的活力，唱響一首首生命贊歌！