心無旁騖做科研 科學(xué)注入“心”動力

吳應(yīng)清

心臟是人體動力的源泉。其作為體內(nèi)血液循環(huán)的核心，每一次跳動，都在為人體的新陳代謝注入新鮮的養(yǎng)分。如今，心腦血管疾病對人體的危害愈加嚴(yán)重，在中國14億人口中，心血管疾病患者數(shù)量龐大，截至目前已達到3.3億。除此之外，我國心臟病的發(fā)病率位居全球第一，并且死亡率持續(xù)上升。在這種社會形勢下，加強對心血管疾病的研究與治療輔助，意義重大。

眾所周知，心臟移植是治療終末期心衰患者的最有效手段之一。然而，因為供心緊缺加之治療價格昂貴，不少終末期心衰患者未能真正等到供心到位的那一刻。而這時人工輔助心臟便成為大多數(shù)人的選擇。上海交通大學(xué)儀器科學(xué)與工程系教授楊明主要的研究領(lǐng)域就集中在機械循環(huán)支持的研究與開發(fā)，如人工心臟輔助的研發(fā)等。一輩子專注于一件事，在心臟病治療器械的研究中，楊明找到了引領(lǐng)其不懈奮斗的初心與理想，并在這項事業(yè)中一步步實現(xiàn)著人生的價值。

與醫(yī)工交叉結(jié)緣

生于20世紀(jì)60年代，雖然當(dāng)時的社會經(jīng)濟不是很發(fā)達，但是楊明的父母很重視對孩子的教育。當(dāng)時，高中畢業(yè)后的楊明，對新事物表達了強烈的好奇心，特別是對光學(xué)機電及計算機集成技術(shù)，展現(xiàn)了濃厚的興趣。等到高考時，楊明的父母選擇尊重他的意見，讓他根據(jù)自己的興趣，選擇自己喜歡的專業(yè)。興趣是最好的老師，楊明相繼考入東北重型機械學(xué)院（現(xiàn)燕山大學(xué)）檢測技術(shù)專業(yè)、西安交通大學(xué)電磁測量專業(yè)和天津大學(xué)精密儀器及機械專業(yè)，完成本科、碩士和博士階段的學(xué)習(xí)，并在博士階段，迎來了自己人生的轉(zhuǎn)折點。

在這一階段，楊明在導(dǎo)師的引導(dǎo)下，選擇大膽走出舒適圈，在超聲電機領(lǐng)域開展全新的科研探索。勇敢跨領(lǐng)域研究，雖然讓楊明經(jīng)歷了一系列的困難與坎坷，但是卻給了他更多嘗試新事物的勇氣與決心。“在此之前，可能我不那么敢于邁出腳步來做一些事情，如果沒有那個過程的話，也許自己就會被限制在過去知識的小圈子里了。”楊明說。

在此之后，楊明探索的腳步仍未停歇。1998年，他結(jié)束了在南京航空航天大學(xué)超聲電機研究中心的博士后研究工作，并通過這一階段的積累學(xué)習(xí)，在超聲電機結(jié)構(gòu)設(shè)計、超聲電機實時檢測與控制技術(shù)、基于超聲電機的主動檢測技術(shù)、超聲電源等方面研究中積累了豐富的經(jīng)驗。

為了能夠接觸到更多科學(xué)前沿研究，2002年，楊明開始在英國利茲大學(xué)從事應(yīng)用于人工心臟肌肉的超聲器件研究，致力于通過自己的研究工作，為心臟病患者開辟一條康復(fù)通道。“一開始我并沒有準(zhǔn)備做醫(yī)學(xué)相關(guān)的研究工作，現(xiàn)在做醫(yī)工交叉研究，也許是冥冥中的緣分吧。”楊明說。多年來，他在不同的科研環(huán)境中，心無旁騖地開展研究工作，為他今后投身相關(guān)領(lǐng)域研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

人工心臟打通患者康復(fù)之路

撇去浮躁、甘于寂寞，是楊明從事科學(xué)研究一直堅守的心態(tài)。在楊明看來，從事科學(xué)研究一直面臨著兩個選擇。“科學(xué)家可以選用以往比較成熟的技術(shù)開展研究工作，所借鑒的東西也就更多。而獨辟蹊徑、開發(fā)更加新穎的技術(shù)應(yīng)用在相關(guān)研究領(lǐng)域并解決問題，就需要攻克底部以及后端的技術(shù)問題。”他說。而后者更需要科學(xué)家有強大的恒心與毅力進行科研攻關(guān)。

腳踏實地，靜心科研。近幾年來，通過對相關(guān)領(lǐng)域進行研究探索，楊明團隊發(fā)現(xiàn)：壓電超聲電機輸出轉(zhuǎn)速與人體自然心率工作范圍一致，但是一般商業(yè)化壓電超聲電機主要應(yīng)用于精密光學(xué)儀器設(shè)計，并不適合心室輔助的場景，有大量的技術(shù)問題需要克服。只要攻克相關(guān)的科研問題，新型的壓電超聲動作原理可望解決電磁原理對人工血液循環(huán)支持的限制。為了能夠通過科學(xué)研究的力量真正為心臟病患者帶來康復(fù)的希望，楊明和研究團隊展開了一系列全新的科研嘗試。

為了克服目前電磁力驅(qū)動人工心臟存在的限制，楊明團隊在國家自然科學(xué)基金、國家科技部“863計劃”、上海市科委等的資助下，將新型動作原理和仿生機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用在體外模擬中，研制出了兩種可用于心功能恢復(fù)治療的新型人工心臟輔助裝置原理樣機，目前已實現(xiàn)在全心動周期模擬自然心臟內(nèi)血流，并可與自然心臟精密同步，與核磁共振兼容，與最新商業(yè)化人工心臟尺寸相近。這些技術(shù)不僅可以大幅降低現(xiàn)有人工心臟對血液的損傷，避免人工心臟與自體心臟不匹配導(dǎo)致的并發(fā)癥，同時還能增加心功能恢復(fù)的機會。.

長期以來，人工心臟被譽為“醫(yī)療器械皇冠上的寶石”，其主要功能是利用生物機械手段部分或全部替代心臟泵血功能，維持患者的血液循環(huán)，是治療終末期或重癥心衰患者的有效治療手段，也是代替心臟移植的唯一有效治療手段。但是植入人工心臟后相關(guān)并發(fā)癥的問題，一直困擾著其相關(guān)功能和效用。

在這一背景下，楊明團隊成功研制出了人工心臟血泵功能樣機，其外形尺寸和目前國際上最新磁懸浮離心血泵尺寸相當(dāng);血泵出入口具有類似左心室流入道和流出道的仿生結(jié)構(gòu)，在仿心動周期作用下能模擬出自然左心室完整搏動周期內(nèi)的漩渦流場。在后載荷100mmHg的條件下，可輸出每分鐘3L的血流量;在體外模擬循環(huán)裝置中，利用來自模擬心臟的同步觸發(fā)信號實現(xiàn)了在模擬心室舒張期的精準(zhǔn)相位反搏泵血。

使用這款人工心臟血泵的優(yōu)勢在于，如果患者心功能恢復(fù)滿足撤出血泵條件，就可避免心臟移植;如果無法得到供體移植，也不能滿足撤出血泵的條件，那么血泵長壽命工作和較少的并發(fā)癥，也可以保證患者有較高的生存質(zhì)量和較輕的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。“這樣，人工心臟可望更好地服務(wù)于心衰患者的治療需要。”楊明解釋道。

培養(yǎng)交叉學(xué)科人才

科學(xué)研究往往要付諸實踐才能真正將理論與應(yīng)用的環(huán)節(jié)打通。特別是對工科研究而言，一切科研想法都要通過實驗進行證實，而這時候就需要交叉學(xué)科的力量。“特別是超聲電機領(lǐng)域的相關(guān)研究涉及機械結(jié)構(gòu)、摩擦材料及檢測等方面的知識，更需要集合不同專業(yè)學(xué)科的相關(guān)人才協(xié)同攻關(guān)，僅僅靠一個人是做不來的。”楊明說。在他看來，如果科研團隊對某一個領(lǐng)域有欠缺，可能阻礙整體研究的推進，甚至沒有能力將其繼續(xù)下去。

一路走來，楊明十分感謝和自己一起共同開拓創(chuàng)新的科研人員，而作為團隊的帶頭人，楊明也希望能夠培養(yǎng)出更多交叉學(xué)科的科研人才。“雖然對本科生找工作而言，更需要專業(yè)化的培養(yǎng)。但是對研究來說，仍舊非常需要多學(xué)科知識的交叉，只有這樣才能走出固有知識的框架，更好地將相關(guān)技術(shù)推向應(yīng)用。”楊明說。

除此之外，楊明還認(rèn)為：對學(xué)生科研興趣及獨立思考能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。在他看來，每位學(xué)生的天賦差異是很大的，這時候就需要老師在更多的場合下幫助自己的學(xué)生找到閃光點，激發(fā)他們的科研潛能。“老師要根據(jù)學(xué)生的特長因材施教，在科研任務(wù)的設(shè)置上也要根據(jù)每位學(xué)生的優(yōu)勢進行合理安排，這樣才能最大限度發(fā)揮他們的科研潛能。”楊明說。而只要自己的學(xué)生走向社會或者科研崗位，能夠最大限度發(fā)揮自己的能力，為社會為國家作出自己的貢獻，便是他最為欣慰的事情。

科學(xué)創(chuàng)新講究水到渠成。二十余載春夏秋冬，楊明傾注了一腔心血和精力，未來他還將與研究團隊投身在心臟輔助裝置研究中，從底層研究的角度出發(fā)，研究人工心臟輔助裝置與血液的內(nèi)在規(guī)律，更好地用科學(xué)研究為我國的心臟病患者帶去福音。一輩子研究一顆“心”，在這條研究道路上，楊明甘之如飴。

（責(zé)編：張聞）C4D6AB70-3F79-4ABD-A6C2-92B590D8D090