扎根生物制造 造福临床医疗

马梦珂

刘媛媛

21世纪，生命科学和生物技术将成为科技的潮流，使人类的社会形态和生活方式发生改变。作为社会发展基础的制造技术，该学科也在为人类的生命质量提高而不懈努力。在人的生命发展历程中，组织和器官缺损是人类健康面临的主要危害之一，在全球具有很大的市场空间。随着生物增材制造技术的发展，未来人类组织和器官缺损替代修复有望成为可能。

“传统的制造，我们去造一张桌子、一把椅子，造出来的东西是没有生命的。而生物制造是传统制造学科与生命材料等学科交叉以后，形成的一个新兴的交叉学科，它造出来的东西是面向人、有活性的，所以它造的东西存在后期生长的问题。”上海大学教授刘媛媛说。十余年来，她和研究团队一直围绕生物制造与生物增材制造等领域开展研究工作，在健康中国战略目标的提出背景之下，他们一直在用自己独有的研究特色，为祖国的生物制造医学领域的发展助力前行，立志用科研成果为人民的生命健康带去福音。

深入生物制造

奋斗的意义在刘媛媛身上体现得淋漓尽致。从最开始接触科研到之后科研方向的转换与历练，对于刘媛媛来说，是一种挑战，也是发现自己潜力的过程。

从本科到博士，她一直扎根在控制工程专业领域中，积累了丰富的科研经验。在上海交通大学博士毕业后，刘媛媛顺利来到了上海大学快速制造工程中心从事科研工作。在她的介绍下，记者了解到，上海大学快速制造工程中心是由华中科技大学和上海大学共同组建，是面向学校、面向上海、面向长江三角洲、面向全国的高新技术研究、开发和应用中心，主要从事面向新产品开发的快速成形技术、快速制模技术等的研究与应用。“在原有的科研领域中前行开拓多年，相较于理论研究我更愿意从事一些看得见、摸得着的工作。”在这一平台之上，刘媛媛开始将自己在控制领域所积累的研究经验和中心致力的研究方向相结合，开展一系列探索。

生物制造技术应用各种生物制造方法，快速制造表面复杂结构，从加工能力、产品功能、加工效率、加工成本等不同角度解决常规微纳制造的“瓶颈性”制造难题，为人类的健康、保护环境和可持续发展提供关键技术，使制造科学发生一场新的革命。最初接触到这一研究领域时，刘媛媛直言自己很兴奋，“当时我就觉得这个技术很神奇，它居然将人工构建的物质植入人体，在促进原有的器官生长完之后，原本植入的东西就会代谢消失，从而实现完美修复”。

在中心团队的研究积累之上，刘媛媛之前在控制方向上所积累的研究经验，很快就在交叉学科中体现了出来。在她看来，生物制造的过程一定要符合发育的过程，就像一个孩子的成长历程一样，其出生之后，怎样将其养大、养成一个优秀的人，都要考虑进去。“这就属于一个调控的过程。”刘媛媛说。而当她将生物制造领域与原来的学科知识完美融合起来时，其创新想法也随之涌现。

团队合作攻关不辍

人生就是一个不断历练、成长的过程。博士毕业，工作单位的改变、研究方向的改变，刘媛媛直言自己也曾经历过一系列的迷茫，当时她的内心最简单朴素的想法就是脚踏实地，在研究岗位上不断磨炼，一步步积累，形成自己的研究优势。而在将这份工作当成自己人生的事业奋斗开拓的同时，她也逐步走入了研究正轨，和团队通过不断探索，取得了一系列创新性的科研成果。

与其他团队不同的是，刘媛媛所在的科研团队是一支有着多学科方向的科研队伍。他们会在自己原有的技术积累背景下，将这些技术融合起来共同去解决生物制造组织器官修复的共同问题。在生物制造的过程中，刘媛媛团队在保证形似的同时，更加追求神似，即让其功能和组织修复到逼近天然的状态。“所以我们制造所用的原料都是有生物相容性的材料，将这些东西用工程的方法组装起来，去修复组织器官的缺损。”刘媛媛说。多年来，他们就将研究聚焦在这一领域，开展了一系列创新性探索。通过研究开拓，2014—2015年，刘媛媛课题组率先在3D打印领域提出了比较颠覆的3D打印系统设计流程，在领域内产生了一定的影响力。

一般来说，常规的3D打印体系主要分为建模—切片—制造三步。但是，刘媛媛课题组却认为：传统的制造方式，在生物制造体系中并不适用。因为人体的天然组织器官中会有一些尺度的信息，而其独有的特性没有办法用计算机来建模，如果通过完全建模且在模型驱动下制造，往往造不出逼真的仿生效果。在这一背景下，刘媛媛课题组提出了在原有的建模到切片的制造体系下，加入工艺管理模块，将物理场的调控作用融入3D打印的过程中，借助温度场、电场、磁场、光场等物理场，迫使打印的对象发生某种反应，甚至发生某种调控作用，进而实现仿生的目的。这一方法摒弃了传统模型制造的弊端，提出了更为颠覆性的策略，为生物制造领域提供了更为坚实的科技支撑。而刘媛媛团队也将研究成果在《机械工程学报》上进行了发表。经过多年的研究实践证明：生物制造通过单一的3D打印工艺是解决不了的，必须通过多种物理层复合。而他们也是领域内早期提出这一研究理念的科研团队。

从事科研多年来，刘媛媛也凭借扎实的科研功底及创新的科研想法获得军委科技委重点项目、国家自然科学基金项目以及省部级和医院委托项目等多项项目支持，发表学术论文80余篇，获发明专利授权30余项，荣获第二十届国际工业博览会高校展区特等奖，第20届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖，多项成果在美国物理联合会下的AIP ADVANCE杂志以高亮论文的形式刊出，并被Science Daily、Science News转载，研究工作也得到了中央电视台、《科技日报》等媒体的报道。

将研究扎根临床

科研之路坎坷常在。在刘媛媛看来，有时在科研之路上经历了低潮，人反而更加理性、更加客观。生活中，家人对她无私的支持，就是她坚强的后盾。骨子里对于这份事业的坚持，也让她更加要强、不服输。

团队合影

犹记得最初刘媛媛深入到生物制造领域中时，她也遇到了一系列研究瓶颈。为了能尽快地走出思维的局限，她还曾于2016年、2018年，分别赴美国密歇根大学、加拿大多伦多大学从事访问交流，而这两趟研究之旅也让刘媛媛备受感染。“国外科研工作者那种踏实的工匠精神，对我的触动很大，回国之后我在做研究的时候也会不断告诫学生，生物制造的典型特征是‘高级订制’，只有把东西给制造出来，才能真正造福社会、造福人类。”刘媛媛说。

如今，作为博士生导师，只要时间允许，刘媛媛就会扎根在实验室一线，和学生一起做实验。“如果想让自己手中的技术持续发展、实实在在地落地生根，不断地实验、历练是极为必要的。”刘媛媛说。因此，现如今刘媛媛所在课题组的研究对象都是面向医院的临床问题，将研究真正地面向临床所需。

而对于学生的培养，她也会从科研基础及人生道路上给予他们很多指导性的意见，告诉学生在生物制造领域中，研究视野的开阔、综合能力的提升和主动学习能力的重要性；告诉他们如果将生物制造作为自己的人生事业，怎样在这个领域中去成长、去规划。在刘媛媛看来，教书和育人同样重要，而她多年来也一直践行着这一准则。

人生之路漫长。在未来的科研道路上，刘媛媛还将和研究团队成员深入到生物制造领域“卡脖子”的科研问题中，集中团队力量解决一些亟须解决的技术问题，在和临床对接之后，将研究推向转化和落地。“作为交叉学科，紧密地对接临床问题，梳理目前这个领域本身能够应对的一些问题，将其做成产品，这就是我们的出路，也是我们不断前行的宗旨。”刘媛媛说。未来，她和研究团队仍旧任重而道远！