扬起科研的风帆,驶向探索的海洋。在面向组织工程与再生医学的微纳生物制造技术领域,就有这样一位“掌舵者”。 他,从本源问题去创新,走出模仿和跟随研究的思维框架,不仅通过设计制备特定的水凝胶基质材料,实现了3D条件下的组织微结构的动态自组织成型过程的调控;还提出采用纳米聚簇交联法设计制备水凝胶,发现并证实了聚簇交联水凝胶对干细胞力学特性的理性调控能力,为研究细胞与外基质之间力学作用,以及干细胞治疗过程中微循环改善以及细胞迁移调控等提供了新的思路。他,就是河海大学机电工程学院副教授朱晓璐。
开启科研之路 微纳生物制造技术是医工交叉领域中的一个重要研究方向,其研究内容涉及生物细胞、组织和器官在微观尺度下与人工材料之间的相互作用的基础规律,以及理性的系统控制方法及相关工程技术等。朱晓璐在这个领域,深耕探索,积累了很多的科研成果和经验。 尤其是最近几年,他更是带领学生团队进行了相关面向产业的原位细胞观测与分析仪器的技术开发,针对科研及市场需求,进行现有行业产品功能体系的升级和研发,将科研实验与实际应用结合,使产品更具清晰的定位。 众所周知,产业化才是技术应用的地基。为此,朱晓璐依靠独特的技术优势,正在进行产业化工作。他们所研发的仪器在细胞培养与原位观测分析的过程中为细胞生长提供了可人工设定且可稳定维持的微环境,通过一套精密设计的包括载物台培养器、程控荧光系统、各类外部激励模式(3D基质新材料、力学、生物学、电磁学等激励)的仪器系统为细胞体外培养生长和组织器官再生过程提供实时动态、精细的原位观测与控制的解决方案,其为生命科学、医学、工程学和药学交叉领域的科研和产业进步提供了一套有力的仪器工具。仪器及系统的相关模块技术已经申请相关专利8项(已经授权5项)。
微型化活细胞工作站的突破 活细胞在体外模拟体内环境的条件下,进行显微成像采集定时拍摄,在明场或者荧光下实时原位地观测活细胞的粘附、增殖、迁移等,同时进行细胞成像分析,由此探索细胞在既定微环境或外部刺激下的各类行为规律。这就是活细胞工作站的意义所在,而朱晓璐团队所研发的微型化活细胞工作站可广泛应用于目前主流显微镜系统或与其他仪器结合使用,适用领域宽广。 在技术研发方面,他们不仅实现了面向生物医学应用的温度(±0.1℃)、CO₂,O₂, N₂等气体(±0.1%)的高精度用户自定义程序控制(比本领域以往技术更为灵活),还实现了细胞的长时连续培养和原位观测以及生化因子、应力、电磁等激励信号的原位加载。而采用的底面物镜超近距离全封闭结构模式,解决了现有技术领域中高倍镜成像不清晰的问题以及底部温度偏低的问题,同时,能够内部全密闭式集成外部功能模块,解决了系统原位集成的问题。 科研的精神,就在于创新。朱晓璐团队进行了专用气体流道、气体分布及浓度传感的综合分析及优化,并对影响温度分布和热均匀性的内部结构,对快速冷却调温模块进行了优化设计,在此基础上,制作了一套用于细胞的微应力加载装置,利用气压差使贴壁生长在可调控凝胶膜上或凝胶体内的细胞受到预设张应力,同时可以引入通过微型压电泵对培养样品进行生化因子缓释的子系统。同时,仪器可以与声学器件、柔性电子器件及微流控器件集成,形成新型的适用面更为广泛的基础性平台型仪器。 由于仪器的细胞培养器中具有特殊通风结构和保温结构,且供气系统和控温系统具有高灵敏度传感系统及优化的混合PID智能控制模式,能够使得平均功率低至22W以下,在运输或突发性断电等情况下可使用常规蓄电池维持连续运行24-48小时以上,提升了生物样品保护及样品运输质量。而这,也是微型化活细胞工作站在便携和灵活移动性方面的价值和意义。 以磐石之姿,探索科研;以引领之态,深耕教育。作为河海大学机电工程学院副教授,硕士生导师,朱晓璐的责任,从来都不仅限于科研。“从前的我们,崇拜知识,现在的我们,运用和传承知识。”所以,在指导学生的过程中,朱晓璐常通过循序渐进的方式带领学生进入神秘且未知的科研领域,实验室,是他们共同的战场,这里,不仅培养了学生的科研兴趣,提升了他们的触类旁通能力,还让他们在交叉研究方面,学到更多知识,同时,获得了知识的迁移能力。 涓涓细流汇成浩瀚大海,诸多成果共绘科研蓝图。作为科研探索者的朱晓璐,深知,科研对世界的影响。河海大学机电工程学院一直是其探索的摇篮,在这里,他将继续深耕微纳生物制造及微型化仪器等研究领域,克服困难,并以长远的目光,坚守教育阵地。“唯有如此,才能为祖国的科研走向更辉煌的未来添砖加瓦,尽自己的一份力。” 他,道出了自己的心声,也说出了中国科研人的心声。而中国,正是有了像朱晓璐这样的探索者,中国的科技,才能冲出层层阻碍,一飞冲天。这就是朱晓璐,这就是中国的科研人。 专家简介: 朱晓璐,河海大学机电工程学院副教授,硕士生导师,主要从事微机电系统和医疗器械相交叉研究领域,近年主持国家自然科学基金面上项目和青年项目、江苏省自然科学面上项目、常州市科技支撑计划(社会发展)项目等;先后参与国家高技术研究计划项目、国家重点基础研究发展计划(973)项目以及国家重大基础研究计划(培育)项目等。已发表论文30多篇, 其中SCI20篇,EI14篇。授权发明专利25项,公开6项,主著国外学术专著1部,参编国外科技专著1部。承担本科生课程“机器人技术基础”和“生机电一体化技术”等。2018年入选江苏省科协青年科技人才托举工程。
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