创新生物工程 领航健康事业——记西南大学教授、国家青年“千人计划”入选者康跃军

文/王万明

创新生物工程领航健康事业——记西南大学教授、国家青年“千人计划”入选者康跃军

文/王万明

编者按：都说艺术源于生活，是艺术描画点染了浩瀚美丽的历史长河。而生活在21世纪的我们同时也深刻地认识到：科学源于生活，而又以惊人的速度改变着生活，创造着崭新的历史，引领着人类文明不断前行。生物医学工程作为与我们息息相关的科学，则更是如此。

作为楚文化、汉文化、三国文化发源地的湖北省襄阳市，积淀着厚实的文化底蕴。出生在这里的康跃军学习上进，志存高远。1995年9月，他以优异的成绩考取了中国科技大学热能与动力工程系，为其科研报国的梦想打开了大门，期间，他还加入了中国共产党。大学毕业后，他曾在苏州市明基电讯科技公司任职产品专员，积累了丰富的工业界实践经验，但他感觉这并不是自己理想的职业生涯。于是，一年后他选择了出国继续深造，并于2004年6月获得新加坡南洋理工大学机械与航天工程博士学位；2004年9月又被录取于加拿大多伦多大学攻读第二个博士学位；2005年8月转学至美国范德比特大学机械工程系，并于2008年12月获得第二个博士学位。接着先后加入澳大利亚莫纳什大学（2008年12月-2009年12月）和美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（2010年1月-2011年3月）担任博士后研究员。2011年3月至2015年12月受聘于新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院任助理教授（终身轨道制）、博士生导师。

2015年2月，康跃军依托西南大学入选中组部第11批国家“千人计划”青年人才，并于12月正式全职加入西南大学材料与能源学部，现任教授、博士生导师、洁净能源与先进材料研究院副院长。2016年9月入选第二届“重庆市十佳科技青年奖”。现为超过60份国际著名SCI学术杂志审稿人，曾作为本领域内大型国际学术会议分会场主席，也先后为新加坡国防部国家实验室、新加坡科技局、香港研究资助局、波兰国家科学与高等教育部、中华人民共和国科学技术部等机构邀请为科技项目评审专家。

多年来，康跃军教授重点以微流控生物芯片为中心在生物医学工程领域包括微流控技术、微尺度加工、生物电子传感器、基于细胞芯片的组织工程、可穿戴式药物传输及治疗微型设备方面进行了前沿和开创性的研究，并取得了一系列可喜的成绩。回国后，他更是积极响应国家号召，继续用前沿科技和创新思维为祖国的健康事业贡献力量。

开拓进取，致力生物工程科技创新高

据了解，康跃军教授的科研工作一直集中在四个方向：1.利用微流控技术实现芯片上的细胞分离、探测及计数，以及癌症标志物的灵敏检测；2.利用材料表面的物理、化学、形貌等改性诱导干细胞分化及组织形成；3.利用柔性微针胶带对人体皮肤瘢痕瘤进行微创治疗；4.利用聚合物纳米材料制备功能化的纳米药物载体并进行可控释放。并且在国外深造和工作期间，已经基于微流控芯片实验室技术的应用研究，取得了诸多科研创新成果：

——芯片上的细胞分离技术

在微流控领域，首次实现了利用微管道中的电渗流在管道几何形状突变处所产生的直流介电泳力，进行微米颗粒及生物细胞的自动和连续分离。分离的机理主要基于不同体积大小的细胞所承受介电泳力的大小不同而被分开，并且被电渗流驱动至不同的微通道而产生分离。此项创新技术可以将血细胞悬浮液通过特殊设计的聚合物材料微通道网络，大小不同的血细胞通过核心分离区时被连续的分离到不同的微管道中进行收集。根据不同细胞的实际大小可以调节驱动电压从而达到最佳的分离效果。作为一项实际应用，曾与范德比特大学癌症研究中心进行了一系列的合作研究，成功的实现了对人体血液不同种类的白细胞，人体乳腺癌细胞和血液细胞，以及人体精子细胞和表皮细胞在微流控生物芯片上的分离。

——芯片上的细胞探测与计数技术

利用微尺度电渗流中微米或纳米颗粒在微管道狭小空间处产生的电阻脉冲作为传感信号来对通过的细胞进行统计计数和大小分析。其基本原理在于细胞通过微管道系统的狭小孔道时将改变孔道部分的电阻率，以及孔道的电压分压，从而产生电压变化脉冲信号。此信号包含细胞大小及数量方面的重要信息。通过对此电阻脉冲信号的分析可以对通过微通道的细胞进行数量以及大小的统计。虽然此项技术主要机理类似于传统医学中使用的Coulter细胞计数器。但是此研究将这项传统的机理创新性的应用到了微流控芯片系统中，更重要的是通过新颖的微通道结构设计和电子信号差分放大原理，系统的灵敏度被提高到同类型仪器的300倍以上或者商用细胞计数器的10倍以上。所开发的生物细胞探测芯片的测量准确度已经等效于或超过传统设备，然而制造成本却远远低于商用大型设备。

——纸基生物医疗检测芯片

与新加坡国立癌症研究中心合作三年，研究开发出一套基于滤纸的微流控电化学检测芯片用于，检测人体血液中早期癌症标志物和循环肿瘤细胞。此项创新技术利用了石墨稀、表面聚合物及带有抗体的纳米粒子来修饰纸基芯片上的电化学电极，极大的增强了电化学免疫检测中的电子转移速率，从而提高了系统灵敏度、精确度和检测速度。同时，所采用的滤纸材料将芯片成本降到极低。此类芯片可以同时检测多种癌症标志物且具有极高的检测灵敏度动态区间。并且这种技术不只局限于检测人体癌症标志物，经过适当的改进可以更加广泛的扩展于更多生物和环境方面的应用，例如细菌、病毒或其他病原体的有效检测。

——基于细胞芯片的组织工程

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质，因而缺乏细胞与组织生长所必需的生物相容性。这种材料特性的限制对于基于细胞芯片的组织工程是一项巨大的挑战。康教授团队通过改变聚合物材料的表面化学性质，极大的增强了芯片表面的亲水性和生物蛋白的吸附能力，从而显著的提高了细胞在芯片内的附着率及生物活性。通过这种创新的表面化学改性方式，验证了间充质干细胞在此类芯片上能够形成完备的高密度多细胞的单层组织形态，并且能够在生长因子的控制下向软骨组织进行分化。对分化细胞后续的蛋白质基因表达分析则进一步表明在此类生物芯片上所形成的组织各项生物指标都超过了目前商用的组织细胞培养皿。通过此类改造后的生物芯片或生物反应器可以极大的提高体外细胞组织的培养成功率，从而为基于干细胞的组织工程和再生医学提供更有效，成本更低廉的解决方案。并且，这种生物芯片可以作为组织和微器官体外模型，应用于疾病形成过程中的生理学机理研究，以及新药开发和药物筛选。相比传统的动物和人体临床实验，这种基于芯片微器官的生物工程技术可以极大的降低药物研发成本和缩短开发周期。

另一方面，康跃军教授还独立培养了博士毕业生5人，硕士毕业生10余人，指导本科生毕业设计40余人。在国际SCI学术刊物ACS Applied Materials and Interfaces, Acta Biomaterialia，Analytical Chemistry，Biosensors & Bioelectronics， Lab on a Chip， Nanoscale等发表SCI论文共90余篇（引用近2000次，H因子21），书籍章节14篇，国际发明专利1项，国内发明专利2项，国际会议论文或摘要40余篇。所指导本科生和博士生屡获国际著名大型学术会议奖项。与新加坡同行联合研发专用于治疗人体皮肤瘢痕瘤的无创微针胶带技术被《今日科学》、《欧洲医疗设备技术》、新加坡《联合早报》等国际媒体广泛报道。在教书育人事业中尽职尽责的同时，也为解决医疗健康行业的当前问题做出了积极的贡献。

知行合一，拳拳赤子报国情

随着中国对科技创新的不断重视，祖国的健康事业更需要创新人才和前沿科技的推动。于是，2014年，他作为科技顾问，帮助自己第一个归国博士毕业生郭劲宏博士在成都创立“四川拉雅微科技”公司，致力于研发自有知识产权的前沿微纳米生物电子传感技术，并将其产业化为中国市场目前所稀缺的移动式、可穿戴式生物医疗检测设备。通过这种产学研的密切结合，康教授团队希望为中国医疗健康行业注入创新活力，用最新的科学技术改变和提高人们的生活质量。

2015年7月，康跃军教授做出了职业生涯中最郑重的选择，并于12月顺利交接完新加坡的所有工作安排后全职回国。在不到一年的时间里，成功组织了一支年轻、进取和充满活力的科研团队，包括了3名副教授和8名研究生。同时，还建成了拥有微纳米加工、表面处理、小分子化学合成、光学测定、体外释放、细胞培养、生物成像、小型动物实验、万级超净室等一系列的实验技术平台。目前，超过500万元的主要相关设备均已调试安装完毕并正常运行。

未来，依托于西南大学洁净能源与先进材料研究院领先和完备的科研平台，康教授团队将进一步积极开拓创新基于微流控和微阵列的芯片实验室技术和纳米生物医学技术，结合当前在材料、化学、微电子、通信及生物纳米技术领域国际最新进展，设计制造创新型的便携式、集成式、自动化的生物医疗器件，实现在生物医学基础研究，快速诊断治疗，再生医学与组织工程生物材料等方面的产业化应用。并且，与西南地区的医疗健康行业深度合作，以临床医学应用为目标，促进医疗科技的产品转化，从而响应国家在“十三五”规划纲要中提出的推动建立以创新科技驱动的产业和经济模式。

能够有如此神速的进展，康跃军教授表示特别感激张卫国校长、李明副校长、李长明院士、刘光远助理、黄承志处长、陈志谦部长和杨劲书记等西南大学及材料与能源学部领导和同事们的鼓励与关怀，以及在团队和实验室建设方面给予的大力协助。他相信，在团队成员的共同努力下，他们必将在生物医学工程领域大有所为，为祖国的健康事业注入新的活力，唱响一首首生命赞歌！