創新生物工程　領航健康事業——記西南大學教授、國家青年“千人計劃”入選者康躍軍

文/王萬明

創新生物工程領航健康事業——記西南大學教授、國家青年“千人計劃”入選者康躍軍

文/王萬明

編者按：都說藝術源于生活，是藝術描畫點染了浩瀚美麗的歷史長河。而生活在21世紀的我們同時也深刻地認識到：科學源于生活，而又以驚人的速度改變著生活，創造著嶄新的歷史，引領著人類文明不斷前行。生物醫學工程作為與我們息息相關的科學，則更是如此。

作為楚文化、漢文化、三國文化發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習上進，志存高遠。1995年9月，他以優異的成績考取了中國科技大學熱能與動力工程系，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黨。大學畢業后，他曾在蘇州市明基電訊科技公司任職產品專員，積累了豐富的工業界實踐經驗，但他感覺這并不是自己理想的職業生涯。于是，一年后他選擇了出國繼續深造，并于2004年6月獲得新加坡南洋理工大學機械與航天工程博士學位；2004年9月又被錄取于加拿大多倫多大學攻讀第二個博士學位；2005年8月轉學至美國范德比特大學機械工程系，并于2008年12月獲得第二個博士學位。接著先后加入澳大利亞莫納什大學（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化學與生物醫學工程學院任助理教授（終身軌道制）、博士生導師。

2015年2月，康躍軍依托西南大學入選中組部第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材料與能源學部，現任教授、博士生導師、潔凈能源與先進材料研究院副院長。2016年9月入選第二屆“重慶市十佳科技青年獎”。現為超過60份國際著名SCI學術雜志審稿人，曾作為本領域內大型國際學術會議分會場主席，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、波蘭國家科學與高等教育部、中華人民共和國科學技術部等機構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學工程領域包括微流控技術、微尺度加工、生物電子傳感器、基于細胞芯片的組織工程、可穿戴式藥物傳輸及治療微型設備方面進行了前沿和開創性的研究，并取得了一系列可喜的成績?；貒螅欠e極響應國家號召，繼續用前沿科技和創新思維為祖國的健康事業貢獻力量。

開拓進取，致力生物工程科技創新高

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

——芯片上的細胞分離技術

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

——芯片上的細胞探測與計數技術

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生的電阻脈沖作為傳感信號來對通過的細胞進行統計計數和大小分析。其基本原理在于細胞通過微管道系統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，從而產生電壓變化脈沖信號。此信號包含細胞大小及數量方面的重要信息。通過對此電阻脈沖信號的分析可以對通過微通道的細胞進行數量以及大小的統計。雖然此項技術主要機理類似于傳統醫學中使用的Coulter細胞計數器。但是此研究將這項傳統的機理創新性的應用到了微流控芯片系統中，更重要的是通過新穎的微通道結構設計和電子信號差分放大原理，系統的靈敏度被提高到同類型儀器的300倍以上或者商用細胞計數器的10倍以上。所開發的生物細胞探測芯片的測量準確度已經等效于或超過傳統設備，然而制造成本卻遠遠低于商用大型設備。

——紙基生物醫療檢測芯片

與新加坡國立癌癥研究中心合作三年，研究開發出一套基于濾紙的微流控電化學檢測芯片用于，檢測人體血液中早期癌癥標志物和循環腫瘤細胞。此項創新技術利用了石墨稀、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電極，極大的增強了電化學免疫檢測中的電子轉移速率，從而提高了系統靈敏度、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志物且具有極高的檢測靈敏度動態區間。并且這種技術不只局限于檢測人體癌癥標志物，經過適當的改進可以更加廣泛的擴展于更多生物和環境方面的應用，例如細菌、病毒或其他病原體的有效檢測。

——基于細胞芯片的組織工程

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，因而缺乏細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胞芯片的組織工程是一項巨大的挑戰?？到淌趫F隊通過改變聚合物材料的表面化學性質，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胞在芯片內的附著率及生物活性。通過這種創新的表面化學改性方式，驗證了間充質干細胞在此類芯片上能夠形成完備的高密度多細胞的單層組織形態，并且能夠在生長因子的控制下向軟骨組織進行分化。對分化細胞后續的蛋白質基因表達分析則進一步表明在此類生物芯片上所形成的組織各項生物指標都超過了目前商用的組織細胞培養皿。通過此類改造后的生物芯片或生物反應器可以極大的提高體外細胞組織的培養成功率，從而為基于干細胞的組織工程和再生醫學提供更有效，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，應用于疾病形成過程中的生理學機理研究，以及新藥開發和藥物篩選。相比傳統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可以極大的降低藥物研發成本和縮短開發周期。

另一方面，康躍軍教授還獨立培養了博士畢業生5人，碩士畢業生10余人，指導本科生畢業設計40余人。在國際SCI學術刊物ACS Applied Materials and Interfaces, Acta Biomaterialia，Analytical Chemistry，Biosensors & Bioelectronics， Lab on a Chip， Nanoscale等發表SCI論文共90余篇（引用近2000次，H因子21），書籍章節14篇，國際發明專利1項，國內發明專利2項，國際會議論文或摘要40余篇。所指導本科生和博士生屢獲國際著名大型學術會議獎項。與新加坡同行聯合研發專用于治療人體皮膚瘢痕瘤的無創微針膠帶技術被《今日科學》、《歐洲醫療設備技術》、新加坡《聯合早報》等國際媒體廣泛報道。在教書育人事業中盡職盡責的同時，也為解決醫療健康行業的當前問題做出了積極的貢獻。

知行合一，拳拳赤子報國情

隨著中國對科技創新的不斷重視，祖國的健康事業更需要創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生郭勁宏博士在成都創立“四川拉雅微科技”公司，致力于研發自有知識產權的前沿微納米生物電子傳感技術，并將其產業化為中國市場目前所稀缺的移動式、可穿戴式生物醫療檢測設備。通過這種產學研的密切結合，康教授團隊希望為中國醫療健康行業注入創新活力，用最新的科學技術改變和提高人們的生活質量。

2015年7月，康躍軍教授做出了職業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、進取和充滿活力的科研團隊，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、小分子化學合成、光學測定、體外釋放、細胞培養、生物成像、小型動物實驗、萬級超凈室等一系列的實驗技術平臺。目前，超過500萬元的主要相關設備均已調試安裝完畢并正常運行。

未來，依托于西南大學潔凈能源與先進材料研究院領先和完備的科研平臺，康教授團隊將進一步積極開拓創新基于微流控和微陣列的芯片實驗室技術和納米生物醫學技術，結合當前在材料、化學、微電子、通信及生物納米技術領域國際最新進展，設計制造創新型的便攜式、集成式、自動化的生物醫療器件，實現在生物醫學基礎研究，快速診斷治療，再生醫學與組織工程生物材料等方面的產業化應用。并且，與西南地區的醫療健康行業深度合作，以臨床醫學應用為目標，促進醫療科技的產品轉化，從而響應國家在“十三五”規劃綱要中提出的推動建立以創新科技驅動的產業和經濟模式。

能夠有如此神速的進展，康躍軍教授表示特別感激張衛國校長、李明副校長、李長明院士、劉光遠助理、黃承志處長、陳志謙部長和楊勁書記等西南大學及材料與能源學部領導和同事們的鼓勵與關懷，以及在團隊和實驗室建設方面給予的大力協助。他相信，在團隊成員的共同努力下，他們必將在生物醫學工程領域大有所為，為祖國的健康事業注入新的活力，唱響一首首生命贊歌！