专家信息:
徐晓嵘,男,中国科学科技大学精密机械与精密仪器系教授,系主任,博士生导师。
教育及工作经历:
1992年,中国科技大学精密机械与仪器系 学士学位。
1995年,美国纽约州立大学石溪分校机械系 硕士学位。
1999年,美国麻省理工学院机械工程系 博士学位。
2000年-2004年,美国硅谷一家医疗器械公司的技术开发部主管。
2004年,美国俄亥俄州立大学生物医学工程系助理教授。
2011年,美国俄亥俄州立大学生物医学工程系副教授。
2012年,中国科学技术大学精密机械与精密仪器系教授。
学术兼职:
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主讲课程:
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招生情况:
医疗仪器方向需要有工程设计和加工的背景。载药微泡方向需要有生化方向的知识和实验能力。
培养研究生情况:
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研究方向:
1.多模态医疗影像
2.多功能载药微泡造影剂
3.生物光学仿体的三维打印
各方向的研究内容简述如下:
1.多模态医疗影像系统
多模态影像将两种或者多种影像模式有机地整合为一体,对生物体的结构功能以及分子特性作全面检测。基于多模态影像的生物检测系统可 以为生命和医药科学的研究提供更全面的生理病理学信息,为先进诊疗手段的开发提供量化的检测评估平台。开发多模态影像系统不是将现有的 影像模态作简单叠加,而是在仪器设计、信息处理、以及造影技术上对现代工程科学提出全新的挑战。
2.多功能载药微泡
多功能载药微泡是由生物可降解薄膜包裹药物或造影剂而形成的直径大约为几十纳米到几微米的复合液滴,在肿瘤药物靶向治疗中非常关键 。肿瘤药物靶向治疗利用表面修饰后的载药微纳胶囊在血液循环中较好的稳定性, 通过静脉、动脉导管、口服或局部给药等多种途径使得载药微 纳胶囊选择性地到达靶点(肿瘤)附近,从而实现药物主动传输和长久缓释。这样既可以保证靶点区域较高的药物浓度,同时降低了药物对正常 组织的毒副作用,从而实现肿瘤特异性药物释放的目的,提高肿瘤的治疗效果。
3.仿体3D打印与表征
旨在开发一种新型的生物光学仿体打印与表征一体化设备,用于制造能够模拟复杂生物系统结构功能特性和多模态影像特性的生物光学仿体 。项目设备将整合一个生物光学表征系统和一个三维仿体打印系统:生物光学表征系统用来检测生物光学仿体或复杂生物组织的结构、光学和功 能特性(包括表面形状、深度结构、微血管、组织血氧、光散射特性、光吸收特性以及反射光谱等);三维仿体打印系统根据目标仿体的结构、 光学和功能信息用逐层喷涂的方法制备生物光学仿体。多模态生物光学仿体打印与表征一体化设备和表征系统有机整合在一起,类同三维打印扫 描一体机。
承担科研项目情况:
目前开展的课题包括宫颈病变的超广谱影像、慢性伤口的多模态影像与治疗、便携式手术导航、乳腺动态弹性影像、微纳米药物包裹技术、载药多功能微泡、生物光学仿体的三维打印、以及医疗光学影像仪器的标准化。
1. 自然科学基金面上项目《多模态伤口影像的基础问题和标准化研究》,2013年—2016年
2. 自然科学基金重大科学仪器项目《生物光学仿体的三维打印制备与表征系统》,2013年—2016年
3. 教育部创新团队培育项目《多模态生物医疗影像》, 2013-2015
科研成果:
1.已经设计并且测试了多个便携式多模式医疗影像系统,研制了多种多功能可降解的微纳造影剂,开发了多种影像、治疗和药物传输释放技术,完成了四项临床试验,并发表了十一项美国及国际专利。
2.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。
3.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。
论文专著:
代表性英文论文:
1.Microencapsulation of indocyanine green for potential applications in image-guided drug delivery. Lab Chip, 2015. 15(3): p. 646-9. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25450664.
2.Multimodal imaging of cutaneous wound tissue. J Biomed Opt, 2015. 20(1): p. 016016. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25604545.
3.Ultrasound-mediated destruction of paclitaxel and oxygen loaded lipid microbubbles for combination therapy in ovarian cancer xenografts. Cancer Lett, 2015. 361(1): p. 147-54. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25754815.
4.Second derivative multispectral algorithm for quantitative assessment of cutaneous tissue oxygenation.J Biomed Opt, 2015. 20(3): p. 36001. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25734405.
5.Author's Reply to the Reader's Comment on "Designing a Wearable Navigation System for Image-Guided Cancer Resection Surgery". Ann Biomed Eng, 2014. 42(12): p. 2602-2603. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25323571.
6.Designing a wearable navigation system for image-guided cancer resection surgery. Ann Biomed Eng, 2014. 42(11): p. 2228-37. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24980159.
7.Ultrasound-Mediated Destruction of LHRHa-Targeted and Paclitaxel-Loaded Lipid Microbubbles for the Treatment of Intraperitoneal Ovarian Cancer Xenografts. Mol Pharm, 2014. 11(1): p. 49-58. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24237050.
8.Ultrasound-Mediated Destruction of LHRHa-Targeted and Paclitaxel-Loaded Lipid Microbubbles Induces Proliferation Inhibition and Apoptosis in Ovarian Cancer Cells. Mol Pharm, 2014. 11(1): p. 40-8. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24266423.
9.A high-throughput quantification method of curcuminoids and curcumin metabolites in human plasma via high-performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci, 2014. 949-950: p. 70-8. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24480327.
10.Experimental design and instability analysis of coaxial electrospray process for microencapsulation of drugs and imaging agents. J Biomed Opt, 2013. 18(7): p. 075003. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23864011.
11.Targeted microbubbles for ultrasound mediated gene transfection and apoptosis induction in ovarian cancer cells. Ultrason Sonochem, 2013. 20(1): p. 171-9. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22841613.
12.Coaxial electrospray of microparticles and nanoparticles for biomedical applications. Expert Rev Med Devices, 2012. 9(6): p. 595-612. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23249155.
13.Developing digital tissue phantoms for hyperspectral imaging of ischemic wounds. Biomed Opt Express, 2012. 3(6): p. 1433-45. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22741088.
14.Indocyanine-green-loaded microballoons for biliary imaging in cholecystectomy. J Biomed Opt, 2012. 17(11): p. 116025. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23214186.
15.Multifunctional microbubbles and nanobubbles for photoacoustic imaging. Contrast Media Mol Imaging, 2011. 6(5): p. 401-11. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22025340.
16.Multifunctional microbubbles and nanobubbles for photoacoustic imaging. Contrast Media Mol Imaging, 2011. 6(5): p. 401-11. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=22025340.
17.Targeted delivery of microbubbles and nanobubbles for image-guided thermal ablation therapy of tumors. Expert Rev Med Devices, 2010. 7(3): p. 303-6. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=20420552.
18.Synthesizing and binding dual-mode poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanobubbles for cancer targeting and imaging. Biomaterials, 2010. 31(7): p. 1716-22. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=20006382.
19.Heat-sensitive microbubbles for intraoperative assessment of cancer ablation margins. Biomaterials, 2010. 31(6): p. 1278-86. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=19942283.
20.An automatic occlusion device for remote control of tumor tissue ischemia. Technol Cancer Res Treat, 2010. 9(1): p. 71-6. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=20082532.
21.Near-Infrared Fluorescence Labeled Anti-TAG-72 Monoclonal Antibodies for Tumor Imaging in Colorectal Cancer Xenograft Mice. Molecular Pharmacuetics, 2009. 6(2): p. 428-440. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=19222181.
22.Fabrication of indocyanine green encapsulated biodegradable microbubbles for structural and functional imaging of cancer. J Biomed Opt, 2009. 14(3): p. 034020. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=19566313
23.Standardized and reproducible methodology for the comprehensive and systematic assessment of surgical resection margins during breast-conserving surgery for invasive breast cancer. BMC Cancer, 2009. 9(1): p. 254. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=19635166.
24.Design and benchtop validation of a handheld integrated dynamic breast imaging system for noninvasive characterization of suspicious breast lesions. Technol Cancer Res Treat, 2008. 7(6): p. 471-82.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=19044327.
25.Dynamic schema for near infrared detection of pressure-induced changes in solid tumors. Appl Opt, 2008. 47(16): p. 3053-63. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=18516127.
26.A prospective pilot clinical trial evaluating the utility of a dynamic near-infrared imaging device for characterizing suspicious breast lesions. Breast Cancer Res, 2007. 9(6): p. R88. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18088411.
27.A prospective pilot clinical trial evaluating the utility of a dynamic near-infrared imaging device for characterizing suspicious breast lesions. Breast Cancer Res, 2007. 9(6): p. R88. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=18088411.
28.Development of a handheld near-infrared imager for dynamic characterization of in vivo biological tissue systems. Appl Opt, 2007. 46(30): p. 7442-51. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=17952180.
29.Diffuse optical imaging and spectroscopy for cancer. Expert Rev Med Devices, 2007. 4(1): p. 83-95.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=17187474.
30.Drug-loaded biodegradable microspheres for image-guided combinatory epigenetic therapy - Journal of Biomedical Optics - 2011 - 2011年第16卷第2期
31.Ultrasound and photoacoustic dual-modal imaging of thick biological tissue with microbubble enhancement - Journal of Biomedical Optics - 2010 - 2010年第15卷第1期
32.An Automatic Occlusion Device for Remote Control of Tumor Tissue Ischemia - Technology in Cancer Research and Treatment - 2010 - 2010年第1卷第9期
33.Heat-sensitive microbubbles for intraoperative assessment of cancerablation margins - Biomaterials - 2010 - 2010年第6卷第31期
34.Multifunctional microbubbles for image-guided antivascular endothelial growth factor therapy - Journal of Biomedical Optics - 2010 - 2010年第15卷第3期
35..124I-HuCC49deltaCH2 for TAG-72 antigen-directed positron emission tomography (PET) imaging of LS174T colon adenocarcinoma tumor implants in xenograft mice: Preliminary results - World Journal of Surgical Oncology - 2010 - 2010年第8卷
36.Dual-mode imaging of cutaneous tissue oxygenation and tissue vascular thermal reactivity - Journal of Visualized Experiments - 2010 - 2010年第10期
代表性中文论文:
1 一种新型实时超声弹性成像定量化系统的构建 童清平; 张俊楠; 杜欢; 程金锦; 徐晓嵘; 邵鹏飞 中国超声医学杂志 2015-06-16
2 液驱流动聚焦中锥-射流模态的实验及数值研究 穆恺; 司廷; 高鹏; 徐晓嵘; 丁航 第八届全国流体力学学术会议论文摘要集 2014-09-18
3 三轴电雾化制备微纳胶囊的实验研究 袁帅; 司廷; 徐晓嵘 第八届全国流体力学学术会议论文摘要集 2014-09-18
4 同轴流动聚焦的不稳定性研究 李广滨; 司廷; 罗喜胜; 徐晓嵘 第八届全国流体力学学术会议论文摘要集 2014-09-18
5 液-液流动聚焦的数值模拟研究 穆恺; 司廷; 高鹏; 徐晓嵘; 丁航 中国力学大会——2013论文摘要集 2013-08-19
6 电场作用下黏性聚焦射流的不稳定性研究 李广滨; 司廷; 罗喜胜; 丁航; 徐晓嵘 中国力学大会——2013论文摘要集 2013-08-19
7 同轴流动聚焦中锥形和射流的影响参数研究 雷凡; 司廷; 罗喜胜; 丁航; 徐晓嵘 中国力学大会——2013论文摘要集 2013-08-19
荣誉奖励:
1.2010年,被评为十大最优秀的美国俄亥俄人物以及两个科研明星之一。
2.2011年,被美国俄亥俄州授予该年度唯一的TechColumbus 发明家奖。
3.2012年,入选中科院“百人计划”。
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。
2015年安徽省生物医学工程年会暨学术前沿研讨会在我校召开
6月6-7日,安徽省生物医学工程年会暨学术前沿研讨会在中国科学技术大学西区召开。会议由安徽省生物医学工程学会主办、中国科大生物医学中心承办,由伍小平院士担任名誉主席、程京院士担任会议主席。
参会嘉宾包括科技部、安徽省科协和民政厅的领导,美国华盛顿大学医学院杨晓明教授,美国康奈尔大学系统医学和生物工程系主任和我校兼职教授王天赐博士,中组部千人计划获得者和我校兼职教授孙文全博士,长江学者奖励计划获得者和我校大师讲席高大勇教授,我校大师讲席高家红教授,国家杰青基金获得者清华大学刘静教授,国家杰青基金获得者东南大学生物医学工程学院院长顾宁教授,IEEE Fellow杨雄哲教授,上海理工大学研究生院院长刘宝林教授,中国人民解放军总医院郭明洲教授,安徽省肿瘤医院朱景德教授,中国医学科学院阜外心血管医院赵世华主任,中国科学院深圳先进技术研究院刘新研究员,中国科学院深圳先进技术研究院王磊研究员,中科院合肥研究院医学物理与技术中心的钟凯研究员,上海交通大学童善保教授,天津大学生物医学工程系系主任明东教授,重庆大学生物医学工程系系主任侯文生教授,合肥工业大学陈勋教授,中国科学院物质研究院李海副研究员,新加坡南洋理工大学刘泉博士,安徽医科大学生殖医学中心的周平主任,青岛大学医学院附属医院的王沛涛医师,我校百人计划徐晓嵘教授、张青川教授、张效初教授、邱本胜教授、我校计算机学院的徐云教授,以及一批来自兄弟科研院所的杰出科学家。
会议开幕式上,首先由安徽省科协、民政厅领导以及生物医学工程学会的新老领导分别致辞,国家科技部王德平处长作题为“生物利于发展趋势与计划管理改革”的专题报告;随后,大会分“低温医学、组织工程与微纳医学”、“生物信息学与转化医学”、“生物医学影像”、“脑科学与神经工程”等4个专题进行了演讲和探讨。诸多与会专家的精彩演讲给大家带来了一场科学盛宴,参会相关师生受益匪浅。
7日下午,在一片意犹未尽的掌声之中,大会组织相关专家评选出了一批优秀海报奖。其中陈香老师的神经肌肉控制实验室相关海报获“实验室海报最佳创意奖”,我校生物医学工程中心3位硕士生分别获得“学生海报优秀奖”特等奖和一等奖。伍小平院士给获奖实验室和特等奖获得者颁奖。
本次会议给省内外、国内外相关专家和学者提供了一次难得的交流机会,促进了我校生物医学工程方向与国内外兄弟院校和科研院所的合作和交流,对生物医学工程学科发展具有良好的推动作用。
来源:中国科学技术大学2015-06-15
美国加利福尼亚大学戴维斯分校Zachary J. Smith与kaiqin chu夫妇访问我院机密机械与精密仪器系
2014年9月24日~9月26日,应工程科学学院精密机械与精密仪器系多模态影像医疗实验室徐晓嵘教授的邀请,美国加利福尼亚大学戴维斯分校Zachary J. Smith与kaiqin chu夫妇来我校访问。
9月26日上午在力二楼302会议室,Zachary J. Smith与kaiqin chu夫妇分别为在座师生作了题为《Measure Smarter not Harder: Developing novel optical tools for biology and human health》及《Super-resolution microscopy for live cell imaging》的学术报告,依次介绍了拉曼光谱技术、用于疾病诊断的便携式光学系统以及超分辨显微术在活细胞成像方面的最新进展。在场师生兴趣浓厚,踊跃提问,进行了热烈的讨论。
图1 Zachary J. Smith报告现场
图2 kaiqin chu报告现场
讲座结束后,徐晓嵘、王克毅等老师以及多模态影像医疗实验室的学生又与Zachary J. Smith与kaiqin chu夫妇就感兴趣的问题展开了详细座谈。
图3 座谈会现场
之后,Zachary J. Smith与kaiqin chu夫妇还参观了多模态医疗影像实验室,旁听了实验室的组会,并给与了有效的指导。双方还计划在学术交流方面进一步加强合作。
Zachary J.Smit博士自2009年以来一直在加州大学戴维斯分校的生物光子学中心工作并致力于新型生物光子学仪器的研发。在这其间,他设计了一套压缩光谱系统,编写了光谱强度随时间变化的新算法,并开发了基于手机的便携式诊断工具。2012年,他晋升为助理项目科学家并当选为创业研究员,与Tahoe研究所合作为农村卫生研究部门开发便携式全血计数装置并成功商业化。他的工作曾被有线和全国公共广播电台重点报导。除了他的研究工作,Zachary J.Smith博士也分别以客座讲师,实验指导教师和实习导师的身份参与教育宣传工作。
Kaiqin chu博士是加利福尼亚大学戴维斯分校生物光子学中心的助理项目科学家以及GE医疗的创业合作伙伴。其研究重点为集成的计算成像系统。她已经开发了低信号结构照明显微镜新的图像处理算法,这是一种基于非相干光照明的无标记的超分辨率显微镜系统。并为单一蛋白X-射线衍射开发了新的分类算法。她还致力于研究开发便携式诊断工具,比如基于手机的显微镜和粒度仪等。
来源:中国科学技术大学工程科学学院2014-10-17
在临床中追本溯源
——记中国科技大学工程科学学院教授徐晓嵘及团队
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。
来源:科学中国人 2015年第4期
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