扎根生物制造 造福臨床醫療

馬夢珂

劉媛媛

21世紀，生命科學和生物技術將成為科技的潮流，使人類的社會形態和生活方式發生改變。作為社會發展基礎的制造技術，該學科也在為人類的生命質量提高而不懈努力。在人的生命發展歷程中，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空間。隨著生物增材制造技術的發展，未來人類組織和器官缺損替代修復有望成為可能。

“傳統的制造，我們去造一張桌子、一把椅子，造出來的東西是沒有生命的。而生物制造是傳統制造學科與生命材料等學科交叉以后，形成的一個新興的交叉學科，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的問題。”上海大學教授劉媛媛說。十余年來，她和研究團隊一直圍繞生物制造與生物增材制造等領域開展研究工作，在健康中國戰略目標的提出背景之下，他們一直在用自己獨有的研究特色，為祖國的生物制造醫學領域的發展助力前行，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得淋漓盡致。從最開始接觸科研到之后科研方向的轉換與歷練，對于劉媛媛來說，是一種挑戰，也是發現自己潛力的過程。

從本科到博士，她一直扎根在控制工程專業領域中，積累了豐富的科研經驗。在上海交通大學博士畢業后，劉媛媛順利來到了上海大學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，上海大學快速制造工程中心是由華中科技大學和上海大學共同組建，是面向學校、面向上海、面向長江三角洲、面向全國的高新技術研究、開發和應用中心，主要從事面向新產品開發的快速成形技術、快速制模技術等的研究與應用。“在原有的科研領域中前行開拓多年，相較于理論研究我更愿意從事一些看得見、摸得著的工作。”在這一平臺之上，劉媛媛開始將自己在控制領域所積累的研究經驗和中心致力的研究方向相結合，開展一系列探索。

生物制造技術應用各種生物制造方法，快速制造表面復雜結構，從加工能力、產品功能、加工效率、加工成本等不同角度解決常規微納制造的“瓶頸性”制造難題，為人類的健康、保護環境和可持續發展提供關鍵技術，使制造科學發生一場新的革命。最初接觸到這一研究領域時，劉媛媛直言自己很興奮，“當時我就覺得這個技術很神奇，它居然將人工構建的物質植入人體，在促進原有的器官生長完之后，原本植入的東西就會代謝消失，從而實現完美修復”。

在中心團隊的研究積累之上，劉媛媛之前在控制方向上所積累的研究經驗，很快就在交叉學科中體現了出來。在她看來，生物制造的過程一定要符合發育的過程，就像一個孩子的成長歷程一樣，其出生之后，怎樣將其養大、養成一個優秀的人，都要考慮進去。“這就屬于一個調控的過程。”劉媛媛說。而當她將生物制造領域與原來的學科知識完美融合起來時，其創新想法也隨之涌現。

團隊合作攻關不輟

人生就是一個不斷歷練、成長的過程。博士畢業，工作單位的改變、研究方向的改變，劉媛媛直言自己也曾經歷過一系列的迷茫，當時她的內心最簡單樸素的想法就是腳踏實地，在研究崗位上不斷磨煉，一步步積累，形成自己的研究優勢。而在將這份工作當成自己人生的事業奮斗開拓的同時，她也逐步走入了研究正軌，和團隊通過不斷探索，取得了一系列創新性的科研成果。

與其他團隊不同的是，劉媛媛所在的科研團隊是一支有著多學科方向的科研隊伍。他們會在自己原有的技術積累背景下，將這些技術融合起來共同去解決生物制造組織器官修復的共同問題。在生物制造的過程中，劉媛媛團隊在保證形似的同時，更加追求神似，即讓其功能和組織修復到逼近天然的狀態。“所以我們制造所用的原料都是有生物相容性的材料，將這些東西用工程的方法組裝起來，去修復組織器官的缺損。”劉媛媛說。多年來，他們就將研究聚焦在這一領域，開展了一系列創新性探索。通過研究開拓，2014—2015年，劉媛媛課題組率先在3D打印領域提出了比較顛覆的3D打印系統設計流程，在領域內產生了一定的影響力。

一般來說，常規的3D打印體系主要分為建模—切片—制造三步。但是，劉媛媛課題組卻認為：傳統的制造方式，在生物制造體系中并不適用。因為人體的天然組織器官中會有一些尺度的信息，而其獨有的特性沒有辦法用計算機來建模，如果通過完全建模且在模型驅動下制造，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，將物理場的調控作用融入3D打印的過程中，借助溫度場、電場、磁場、光場等物理場，迫使打印的對象發生某種反應，甚至發生某種調控作用，進而實現仿生的目的。這一方法摒棄了傳統模型制造的弊端，提出了更為顛覆性的策略，為生物制造領域提供了更為堅實的科技支撐。而劉媛媛團隊也將研究成果在《機械工程學報》上進行了發表。經過多年的研究實踐證明：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合。而他們也是領域內早期提出這一研究理念的科研團隊。

從事科研多年來，劉媛媛也憑借扎實的科研功底及創新的科研想法獲得軍委科技委重點項目、國家自然科學基金項目以及省部級和醫院委托項目等多項項目支持，發表學術論文80余篇，獲發明專利授權30余項，榮獲第二十屆國際工業博覽會高校展區特等獎，第20屆中國國際高新技術成果交易會優秀產品獎，多項成果在美國物理聯合會下的AIP ADVANCE雜志以高亮論文的形式刊出，并被Science Daily、Science News轉載，研究工作也得到了中央電視臺、《科技日報》等媒體的報道。

將研究扎根臨床

科研之路坎坷常在。在劉媛媛看來，有時在科研之路上經歷了低潮，人反而更加理性、更加客觀。生活中，家人對她無私的支持，就是她堅強的后盾。骨子里對于這份事業的堅持，也讓她更加要強、不服輸。

團隊合影

猶記得最初劉媛媛深入到生物制造領域中時，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，分別赴美國密歇根大學、加拿大多倫多大學從事訪問交流，而這兩趟研究之旅也讓劉媛媛備受感染。“國外科研工作者那種踏實的工匠精神，對我的觸動很大，回國之后我在做研究的時候也會不斷告誡學生，生物制造的典型特征是‘高級訂制’，只有把東西給制造出來，才能真正造福社會、造福人類。”劉媛媛說。

如今，作為博士生導師，只要時間允許，劉媛媛就會扎根在實驗室一線，和學生一起做實驗。“如果想讓自己手中的技術持續發展、實實在在地落地生根，不斷地實驗、歷練是極為必要的。”劉媛媛說。因此，現如今劉媛媛所在課題組的研究對象都是面向醫院的臨床問題，將研究真正地面向臨床所需。

而對于學生的培養，她也會從科研基礎及人生道路上給予他們很多指導性的意見，告訴學生在生物制造領域中，研究視野的開闊、綜合能力的提升和主動學習能力的重要性；告訴他們如果將生物制造作為自己的人生事業，怎樣在這個領域中去成長、去規劃。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則。

人生之路漫長。在未來的科研道路上，劉媛媛還將和研究團隊成員深入到生物制造領域“卡脖子”的科研問題中，集中團隊力量解決一些亟須解決的技術問題，在和臨床對接之后，將研究推向轉化和落地。“作為交叉學科，緊密地對接臨床問題，梳理目前這個領域本身能夠應對的一些問題，將其做成產品，這就是我們的出路，也是我們不斷前行的宗旨。”劉媛媛說。未來，她和研究團隊仍舊任重而道遠！