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SUSTech科研说 | 90后首席科学家与他的柔性电子材料

2023-02-07

近日，科技部公布国家重点研发计划“高端功能与智能材料”专项立项结果，由南科大生物医学工程系罗智副教授牵头的“基于柔性电子材料的药物控释和组织再生器件”项目获批立项，项目总经费1356万元，国拨经费956万元。该项目由南方科技大学牵头，联合华南理工大学、北京纳米能源与系统研究所、四川大学等四家单位，以临床医疗需求为导向，结合生物材料、微纳加工、生物传感等技术，开发基于镓合金液态金属的柔性电子器件，并应用于药物控释与组织工程。南科大宣传与公共关系部新闻中心采访了罗智副教授，请他谈谈项目及科研工作背后的故事。

柔性电子领域与组织再生器件的巧妙结合

组织和器官的修复与再生是生物医学领域面临的重大挑战。传统的治疗手段（如器官移植等）能够部分克服组织缺损带来的功能障碍，但存在着机体免疫排斥反应、供体来源稀缺和二次创伤等诸多缺点。尽管近年来组织工程技术已得到长足进步，但利用人工合成材料模拟复杂的组织微环境，重构组织和器官用于临床治疗的技术仍存在较多瓶颈与挑战。例如，现有的组织再生材料无法监测和控制移植后工程器官的功能。

利用先进的生物材料、微流控以及传感器技术，将能够实现智能化的再生微组织体外培养和药物的可控释放，有望为组织器官损伤修复领域提供创新解决方案。然而，传统的电子电路最大缺点在于其生物相容性差和机械特性与人体器官不匹配。例如，最常见的植入式设备（如起搏器）自身刚性较大，其植入手术会伤害软组织并引发免疫反应。

生物可降解柔性电子材料用于药物控释和组织再生

液态金属-高分子复合柔性电子材料的体内植入是柔性电子领域的前沿方向，能够通过原位电刺激实现不同的生理功能，如生物信号检测、细胞增殖和转染，药物递送等。可生物降解的液态金属-高分子复合柔性电子材料为器官再生与修复提供了巨大的想象空间。这个项目将通过微电极阵列设计和先进的刺激响应材料，实现空间、时间和剂量等多维度的药物递送，调控器官的培养与再生。

因此，基于柔性电子材料的组织再生器件是一种利用新型生物材料所制的医疗器械，它们可以帮助修复人体组织损伤，提高治疗效果。这个项目整体更像是出自科幻小说里描述的概念，研究的是用于治疗、修复或替换病损组织、器官或增进其功能的新型智能生物材料，有着巨大的临床治疗需求。

“既前沿又交叉”，在多重领域贡献力量

谈及近日获批国家重点研发计划“高端功能与智能材料”专项的项目“基于柔性电子材料的药物控释和组织再生器件”，罗智副教授侃侃而谈，详细介绍了这一项目及相关研究过程：这是一个高度交叉的学科方向，它在涉及新材料的开发和生物医药等多个领域同时，也具有广泛的应用范畴。例如，新材料的开发，包括具有生物可降解的医用材料和柔性电子材料；材料的生物医药应用，包括药物递送到组织工程等。

因此，这个项目涵盖了各个不同方向的前沿，整合到一起之后是一个更加先进、交叉的科研课题。罗智团队的愿景是想要开发一种和生物体相容的柔性电子材料，能够用于疾病的治疗，比如能局部给予人体组织一些电刺激，同时释放药物，促进受损器官的修复，从而有效改善患者的健康状况。

关于对科技发展的影响，罗智说道，把柔性电子和组织工程及药物递送结合的并不多，这几个方面的研究在国内外都还是方兴未艾发展的状态，目前只有少量研究。“对于促进科技的发展，我想在柔性电子生物材料及生物医药方面都会有所帮助，有望解决诸多临床难题。这个项目是国家重点研发项目的主要方向之一，顺应国家战略的需求。”

罗智团队的目标很明确，就是希望这个项目能为生物医药科技的发展尽绵薄之力。他说，目前由各类疾病、衰老、创伤导致的器官丧失或功能损伤是生物医药和健康领域面临的最难克服的问题之一。作为全球人口基数最高的国家，我国对组织和器官的修复与再生有着庞大医疗需求。年均数千亿元的医疗开销为社会保障体系及国民经济带来了巨大负担，这也一定程度上决定了科研工作者的研究方向。

科研路漫漫，上下而求索

罗智副教授的求学之路比较顺利，一路走来，他勤耕不辍，取得了不斐的成绩。他在国外拿到了瑞士洛桑联邦理工（EPFL）优等博士学位（PhD with Distinction），以及一个针对博士后等青年科学家的瑞士联邦人才计划。在欧洲本科毕业后直接攻读博士的人不多，因此他在当地科研队伍中算是比较年轻的一批。他说：“求学之路虽然漫长也辛苦，但总体还算一路坦途，我也心存感恩。”

科研路漫漫，任重而道远。罗智团队在科研的过程中也有苦有乐，苦味常有，而乐则是跨越挑战后的成就感。他回忆起有一次在做大型动物实验的时候，因为缺少相关文献和经验，且动物实验周期较长，时间有限，试错机会较少，因此时常要承受巨大的压力。之前没有人做过这个方向，他们是在挑战“无人区”，摸着石头过河。他们最终向不同领域的专家去请教，拜访了十多位不同方向的医生与教授，并勇于尝试，才解决了问题。罗智说道：“我觉得做科研最重要的是不怕失败，不断探索，一定要有必胜的信念，要在黑暗中寻找突破口。不要害怕去寻求帮助，毕竟科学要站在巨人的肩膀上，相信最终一定会获得胜利。”

除了最近获批的项目外，罗智团队在科研之路上还在不断前行，实验室有两个全新的研究方向：第一是开发生物医药材料创新的表征技术手段。这一部分将会依托于中国中子散裂源的大科学装置，这是国内首个中子散射仪器装置，研究所位置在东莞。第二是针对一些特定疾病的治疗，研究如何让药物更好的到达患者体内，进而被吸收和利用。譬如糖尿病患者需要胰岛素，但打针会对患者造成很大的痛苦，罗智团队尝试开辟口服药，达到和注射药物同样的效果。如果成功研发，将会为许多患者减轻治疗的痛苦，跨出巨大的一步。

对于今后的科研愿景，罗智想首先将“基于柔性电子材料的药物控释和组织再生器件”项目完成，在三年内构建出一套全新的器件，实现在大型动物体内移植的目标。“我们长期的愿景其实是能尽快在人体中植入器件，在医学领域做出贡献。但是医药器械的开发周期是很长的，大部分都是十年为单位，需要全面的研究，充分证明其有效性、可靠性和安全性，最终才能到人体去做实验。我们会倾尽全力，朝梦想迈进，从而实现这一目标。”

人物档案：

罗智副教授，1991年出生，国家级“海外高层次青年人才项目”获得者，是南方科技大学最年轻的国家重点研发计划首席科学家。2013年本科毕业于清华大学，2018年获瑞士洛桑联邦理工（EPFL）优等博士学位（PhD with Distinction），并于苏黎世联邦理工（ETH）药学系完成博士后研究。曾获瑞士联邦理工学者人才计划（ETH Fellow）、药学青年科学家、国家优秀自费留学生奖学金、德国海因茨-迈尔-莱布尼茨研究所年度论文等多项荣誉。近五年发表学术论文20余篇，包括PNAS, Nat. Commun., Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res., Adv. Drug Deliv. Rev. 等国际知名期刊；在口服药物递送领域科研成果已进入人体实验阶段，与多个跨国药企长期合作。