——记中国科技大学工程科学学院教授徐晓嵘及团队
本刊记者 李明丽

 
 
　　 将科学应用于临床，提高整体医疗水平，这是每一位医者的梦想。2000年之前，连工程师出身的徐晓嵘自己也不曾想到，儿时“护佑人类健康”的梦想正点点照进现实。和所有医者的出发点一样，徐晓嵘如今带团队搞科研，不仅源于临床需求，也要回归临床应用。
站在工程和医学的交叉点上创造发明
　　 徐晓嵘出身医学世家，父母都是医生，儿时的他常常目睹病人被病痛折磨时的痛苦表情，暗下决心，希望有一天能够用自己的创造发明为人类的健康造福。然而，命运和他开了一个不小的玩笑，从一开始，就与自己的梦想擦肩而过。
　　 徐晓嵘毕业于中国科学技术大学精密机械与仪器系。学生时代的他聪颖博学，卓尔不群，在校期间，他就曾获郭沫若奖学金。1993年，在获得全额奖学金后，他赴美留学，先在纽约州立大学石溪分校机械工程系攻读硕士，后在麻省理工学院机械工程系攻读博士，并在MIT Sloan管理学院辅修技术管理。1999年，博士毕业后，他来到斯坦福大学仿生机器人中心做博士后研究。
　　 顺着这条路走下去，徐晓嵘的前途一片光明，可他却不甘心，心里那点隐隐的梦想时时牵引着他。常言现实是此岸，梦想是彼岸。中间隔着湍急的河流，行动则是架在川上的桥梁。
　　 跨过新世纪的门槛，徐晓嵘做出了人生中重要的一次选择。2000年，他应邀加盟硅谷的一家医疗仪器创企公司，开启了他在生物医学工程领域的新征程。作为公司的首位员工，他同时肩挑技术开发部主管的重任。
　　 梦想的力量为他的科研创新注入无限激情，入职后，他参与研发了一种便携式血氧仪并且通过了美国食品药品监督管理局（FDA）的产品认证试验。该产品现已销售于全美各大医疗机构，主要用于手术后的组织活性测量和血氧监控。随后，他的实验室又设计并且测试了多个便携式多模式医疗影像系统，研制了多种无毒性可降解的微米和纳米多模式造影剂，也开发了多种影像、治疗和药物传输释放技术。
　　 4年后，他又去到俄亥俄州立大学生物医学工程系任教，直到2年前回国加盟母校中国科技大学工程科学学院及生物医学工程中心。
　　 与其他人不同的，也是徐晓嵘的优势所在，是他是站在工程和医学的交叉点上完成创造发明。找准了研究方向，只需全心专注，在过去的14年间，徐晓嵘将精力集中在医疗仪器发明创造、多模式生物医学影像以及影像导航治疗上。这一路，遍开发明创造之花。徐晓嵘已经完成了4个临床试验，发表60多篇论文，申请11项美国/国际专利。2010年，他被美国哥伦布CEO杂志评为十大最优秀的俄亥俄人物以及两个科研明星（R&D Superstar）之一，他是唯一获此荣誉的华人。2011年，他被授予该年度美国俄亥俄州唯一的TechColumbus发明家奖（Inventor of the Year）。因对社区的贡献，他已收到俄亥俄州政府多次祝贺函。2012年，他入选中国科学院“百人计划”科学家。
　　 量化的科研成果远不及临床的应用更让徐晓嵘有一种成功的喜悦，因为从一开始，他就是以临床需求作为科学研究的出发点。徐晓嵘信奉，唯有解决了问题，才能实现科研的价值。

铸生物医学利器

　　 2012年9月，依托于中国科学技术大学工程科学学院和生物医学工程中心，徐晓嵘在创立了多模态医疗影像实验室（Lab for Multimodal Biomedical Imaging and Therapy，简称MBIT，网址：www.mbit.ustc.edu.cn)。
　　 “我们的研究不仅仅停留在实验台和学术论文的水平上，而是要注重实现从技术到产品的转化。”徐晓嵘给实验室的定位是：瞄准21世纪影响人类健康的重大疾病，利用生物医学工程的学科交叉和先进研究手段，解决关键科学和临床问题，培养新一代优秀生医工程人才，在多模态影像、多功能微纳载药造影剂以及医疗仪器标准化等前沿领域展示领先国际的研究实力。目前实验室有常驻老师6名，合作老师20多名，本科生8名，研究生27名。
　　 与传统的实验室不同，徐晓嵘希望把MBIT实验室打造成一个国际化的跨学科生物医学工程研究平台，推动我国生物医学工程和仪器科学与国际接轨，走出国门，走向世界。目前，实验室融合了生物、医学、化学、材料、工程、信息、和管理等多个学科的研究资源，与国内外临床医疗和科研单位（如解放军301医院/105医院、重庆医科大学、俄亥俄州立大学以及美国国家标准技术研究院等）建立了紧密合作关系。实验室成立至今，派出老师和学生访问国外知名高校超过10人次，邀请国际知名学者来访讲座报告超过10人次，派出学生与国际知名高校学生开展互访。
　　 结合中国国情，从临床医学的实际需求出发，在过去两年里，按照实验室设立时确立的三大研究方向：多模态影像、多功能微泡以及生物医学影像标准化，徐晓嵘团队设计了多种新型的生物医疗器械。
　　 其中，多模态影像影像方向的研究也是中科大创新团队培育项目，旨在开发多模态影像导航和诊疗器械，研究多模态影响信息的处理和表达，实现对病灶结构、功能和分子特性的一体化影像和实时导航。针对这个项目，实验室开发了基于谷歌眼镜和头盔式视频的手术导航系统，用于实时判断手术边界，提高手术的准确性，减少医疗事故。目前，导航目镜系统已经完成功能测试和仿体验证实验，相关结果已发表在生物医学工程杂志。
　　 同时，多功能微泡项目也取得了很大进展。相关课题组已经开发了包括同轴（多轴）流动聚焦和电雾化在内的多种微包裹技术，用于实现对基因、蛋白质以及药物的高效包裹而且不影响包裹物的生物活性。此外，也开发了靶向微泡和可激发微泡，用于对肿瘤的高效低毒靶向治疗以及对影响人类健康的重大疾病的诊疗一体化。相关工作在Biomaterials，Journal of Biomedical Optics以及Molecular Pharmaceutics等专业杂志上发表。
此外，实验室在研究先进影像导航技术的基础上，开发了多功能微纳加工技术，希望籍此推动生物医学工程的技术转化和产业化进程，对威胁人类健康的多种疾病作多模态、个性化以及实时的诊断、治疗和预后。为开发仿生光学仿体的三维打印和表征技术，推动医学影像仪器的标准化，课题组目前还承担1项基金委重大科学仪器项目，与国际标准化机构比如美国国家标准技术研究院达成合作关系，引进三维打印技术，建立生物医学光学影像的可塑源仿体标准。
　　 过去，我国大型医院的医疗器械、试剂等大多依赖进口，医学设备研发薄弱。所谓工欲善其事，必先利其器，目前他所主持的多个研究项目正在实现从实验室到诊疗室的转化，最终将为人类重大疾病的检测和治疗提供高效安全的技术手段，徐晓嵘和他带领的团队的临床科研之路也将越走越宽。

实验室骨干成员风采

　　 徐晓嵘，中国科技大学精密机械与精密仪器系教授，系主任，博士生导师。中国科技大学精密机械与仪器系本科，纽约州立大学石溪分校机械工程系硕士，麻省理工学院机械工程系博士并在MIT Sloan管理学院辅修技术管理，斯坦福大学仿生机器人中心博士后。曾应邀加盟硅谷的一家医疗仪器创企公司并担任该公司的技术开发部主管。2004年起任教俄亥俄州立大学生物医学工程系。2012年入选中科院“百人计划”。研究特长：医疗仪器、生物光学、三维打印、微纳胶囊制备。
　　 张世武，中国科学技术大学精密机械与精密仪器系副教授。中国科学技术大学精密机械与精密仪器系博士，香港浸会大学计算机科学系博士后，美国俄亥俄州立大学生物医学工程系访问学者。
　　 近年，在多模态医疗影像技术方面已有许多创新成果，包括将多视图像、超光谱成像、激光散斑成像、红外成像等不同模态影像集成为便携式多模态医疗影像系统，同时获取组织重要的结构和功能参数，在伤口和肿瘤的治疗诊断中具有很大用途。发表论文40余篇，主持国家自然基金2项以及中科院、“863”创新基金等多个项目。
　　 邵鹏飞，中国科学技术大学精密机械与精密仪器系副教授。南京航空航天大学精密机械专业本科、中国科技大学精密机械专业硕士、中国科学技术大学固体力学专业博士、日本大阪工业大学机械工程系访问教授、英国Cardiff大学工程学院土木工程系访问教授。拥有20年的计算机辅助设计和辅助工程(CAD/CAE)的研究及工程经验。曾参与和主导多项国际合作和产品开发项目以及多项国家和省部委的科研项目。目前，负责团队第二代手术导航目镜的研发项目并在国家基金委面上项目及重大科学仪器项目中担任重要的项目管理任务。
　　 董二宝，中国科学技术大学工院9系特任副教授。中国科学技术大学机械设计制造及其自动化专业本科，精密机械与仪器专业博士、博士后，期间曾获本科优秀学生金奖、研究生三星奖、博士生朱李月华奖学金等奖励。作为骨干成员，参加国家自然科学基金、“863”、总装预研等纵向课题10余项，先后参与研制出小型足球机器人、高性能越障机器人（科大月球车原型机）、仿生机器鱼、柔体机器人、四足步行机器人等特种机器人系统。负责国家基金项目、博士后特别资助项目等8项，发表论文30余篇，申请专利2项。近期，参与学校生物医学工程中心和MBIT实验室的筹建与研究启动工作，是MBIT课题组三维光学仿体打印项目的主要负责人。
　　 司廷，中国科学技术大学近代力学系特任副教授。中国科学技术大学近代力学系理论与应用力学专业本科，流体力学专业博士、博士后，美国俄亥俄州立大学生物医学工程系访问学者。曾获中科院院长奖、郭永怀奖、三星奖、力学攀登奖以及安徽省品学兼优毕业生。主要从事实验流体力学、电流体力学、流动稳定性和生物医学工程等方面的基础和应用研究。主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年基金项目、博士后科学基金和中央高校基本科研业务费等并参与多项国家自然科学基金和国家科技专项的研究。与美国俄亥俄州立大学、中国工程物理研究院流体物理研究所等国内外科研单位多次开展合作交流，发表了包括国际流体力学著名杂志J. Fluid Mech.和Phys. Fluids等在内的期刊论文以及国内外学术会议论文30多篇并获得国家专利6项。