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【交流】《科技中國》采訪生物材料領(lǐng)軍人物之一——西南交大材料學(xué)院院長黃楠教授 已有15人參與
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本文發(fā)表在《科技中國》2010年第一期。 黃楠:在研究中釋放信念 剛起步做研究時(shí)只是自己跑單幫,經(jīng)費(fèi)緊張時(shí)就抽自己的血做實(shí)驗(yàn),有風(fēng)投投錢時(shí)被他拒絕,因?yàn)椤艾F(xiàn)在情況還不算成熟,等一等再投吧”。他就是黃楠,一個(gè)即將解決心臟血管支架被血液凝結(jié)所糾纏的生物材料專家。 文/本刊記者 孟憲秋 2010年對(duì)西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的生物材料表面工程研究團(tuán)隊(duì)來說是一個(gè)有特殊意義的年份,因?yàn)樗牡谝粋(gè)“孩子”將誕生。含有“鈦-氧薄膜”技術(shù)的血管支架的臨床試驗(yàn)基本結(jié)束,在拿到產(chǎn)品許可證后就可與合作公司將批量生產(chǎn)上市。 作為核心人物,西南交通大學(xué)材料學(xué)院院長黃楠教授在“鈦-氧薄膜”的系列研究中,起到了關(guān)鍵作用!昂芏囝I(lǐng)導(dǎo)和教授出于好心勸我不要再做下去了,很有可能做下來的結(jié)果就是一事無成。但不論能不能成功我都愿意試一試,這項(xiàng)研究既具有重要的科學(xué)意義、重大的應(yīng)用價(jià)值,又具有社會(huì)意義,值得我去試一試!” “一路走來,我最大的感觸就是自主創(chuàng)新研究的精神最重要,當(dāng)然支撐我一路走來的還是因?yàn)橛懈叨鹊呐d趣!薄 (duì)于研發(fā)的坎坷,黃楠對(duì)《科技中國》如此總結(jié)。 危中之機(jī),創(chuàng)造的源頭 1989年,西南交大材料系本科停招一年,材料系面臨生存危機(jī)。當(dāng)時(shí)材料系的教師們心焦如焚,聚在一起提出必須探索材料的新發(fā)展方向。從西南交大碩士畢業(yè)的年輕教師黃楠被“臨危受命”被派往德國從事生物材料的研究。 作為訪問學(xué)者,黃楠進(jìn)入德國Erlangen大學(xué)物理系生物醫(yī)學(xué)工程研究所,跟M.Schaldach教授學(xué)習(xí)。“我最先接觸到的材料就是碳材料,導(dǎo)師和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)從事很長一段時(shí)間‘碳材料做心臟瓣膜’的研究了,導(dǎo)師給我的工作就是從力學(xué)的角度去證明碳材料到底能不能用于做心臟瓣膜!薄 然而,滿懷信心的導(dǎo)師被黃楠的證明結(jié)論潑了一桶冷水——這個(gè)材料不能用作心臟瓣膜的材料。雖然這個(gè)材料與人體血液的相容性很好,放入人體后不會(huì)有很大的排斥反應(yīng),但是在力學(xué)上是不過關(guān)的!拔野l(fā)現(xiàn)在這個(gè)材料里面有非常細(xì)微的微孔和微內(nèi)紋,在變形的情況下就會(huì)斷裂,而且這個(gè)材料的脆性就跟玻璃一樣脆。” 得出這個(gè)結(jié)論后,導(dǎo)師的實(shí)驗(yàn)也做不下去了,黃楠在德國的學(xué)期也快滿了。此時(shí),黃楠選擇了回國!捌鋵(shí)我本來的專業(yè)就是做金屬材料的,去德國是為了學(xué)生物材料,如果我想繼續(xù)待下去的話,又得重回金屬材料研究! 此時(shí)黃楠回想起了在出國前系主任說的一番話:“學(xué)校把你派出去留學(xué)就是希望你從事新的方向的研究,我們材料系老是做金屬材料、材料處理,沒有新的方向,以后的長足發(fā)展就成了問題。” 黃楠認(rèn)為學(xué)校當(dāng)時(shí)是有意識(shí)的讓自己找一個(gè)新的方向,如果為了留在德國而又回到傳統(tǒng)材料的研究,就不符合學(xué)校的要求,也辜負(fù)了學(xué)校的期望,所以學(xué)習(xí)期滿黃楠就回國了。 調(diào)研中尋找方向 1991年,黃楠從德國回到學(xué)校,繼續(xù)從事“人工心臟瓣膜生物材料表面改性”的研究。但當(dāng)時(shí)黃楠沒有接著做德國的研究。原因是“這是別人做的工作,已經(jīng)有的”,“在德國這么好的條件下也只是做到這種程度,我還不如重新找條路嘛”! 但是重新找路,談何容易!黃楠開始了在國內(nèi)調(diào)研,包括醫(yī)療器械應(yīng)用現(xiàn)狀、研究情況等。沒有電腦、沒有助手,跑單幫的黃楠每周都有三、四天跑到華西醫(yī)科大學(xué)圖書館。半年多后,黃楠經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn),用在人體內(nèi)廣泛用的的生物材料,尤其是金屬的生物材料,主要都是鈦材料,鈦材料與人體有很好的相容性是由于它是惰性的,是由于它表面自然會(huì)形成一層氧化膜,這層氧化膜對(duì)增加它與人體的相容性起了重要作用。“鈦表面這層惰性氧化膜為什么會(huì)增強(qiáng)鈦與人體的相容性?是它表面的什么性質(zhì)?為什么會(huì)影響?”盡管當(dāng)時(shí)沒有人對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行研究,黃楠滿腦子裝的都是這些問題。 這時(shí),一位國外學(xué)者于1992年發(fā)表的文章給了黃楠啟示,也奠定了他的研發(fā)方向!斑@位學(xué)者做了一個(gè)非常有意義的實(shí)驗(yàn),把鈦用一種化學(xué)方法處理,這個(gè)方法叫做陽極氧化,實(shí)際上就是氧化,就是讓鈦表面的惰性氧化膜變厚,處理的時(shí)間不同,厚度也就不同,然后將表面有不同厚度氧化膜的鈦材料,浸泡在含有纖維蛋白原和白蛋白的溶液中! 為什么要選擇纖維蛋白原和白蛋白呢?黃楠解釋:“人體血液中含有的蛋白質(zhì)中,纖維蛋白原是導(dǎo)致凝血的重要因素,而白蛋白對(duì)抑制凝血有作用! 這個(gè)學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明鈦材料表面的氧化膜厚度不同,其上面纖維蛋白原與白蛋白的比例也一直在變化。隨著氧化膜厚度的增加,纖維蛋白原比上白蛋白的比值變小,意味著材料表面導(dǎo)致凝血的傾向可能變小,也就意味著鈦表面氧化膜的厚度與血液的反應(yīng)可能有關(guān)系。“這給我進(jìn)一步的啟發(fā),以后的工作也是圍繞著這個(gè)問題做下去的。” 隨后黃楠進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證,華西醫(yī)科大學(xué)愿意與黃楠合作,黃楠就在本校做好樣品后到華西醫(yī)科大學(xué)去做測試。“那位外國學(xué)者做的實(shí)驗(yàn)是在液體中進(jìn)行陽極氧化,而我做的實(shí)驗(yàn)是在高溫下進(jìn)行氧化,直接測定凝血時(shí)間。發(fā)現(xiàn)加熱的時(shí)間不同,凝血的時(shí)間也不一樣,結(jié)果真的是隨著加熱時(shí)間的增加凝血的時(shí)間變長了,也就是說抗凝血的效果會(huì)更好,但是抗凝血的效果圖是呈現(xiàn)拋物線狀的,換句話說就是氧化膜超過了一定厚度后對(duì)抗凝血的增加作用越來越小。” 三項(xiàng)基金經(jīng)費(fèi)奠定基礎(chǔ) 有了方向,但沒有經(jīng)費(fèi)支持科研無法開展。1993年,黃楠憑借取得的重要發(fā)現(xiàn)申請(qǐng)到國家自然科學(xué)基金的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi),拿到了3萬元經(jīng)費(fèi)。 有了錢,沒有實(shí)驗(yàn)室和儀器、設(shè)備,黃楠隨后的三年研究還是在坎坷中度過的。三年的“單打獨(dú)斗”中,黃楠發(fā)現(xiàn)了鈦材料的表面有一系列規(guī)律!拔野l(fā)現(xiàn)膜的性質(zhì)是和血液相容性密切相關(guān)的,通過人為的控制使鈦形成的氧化膜要比自然狀態(tài)下形成的好很多。” 在華西醫(yī)科大學(xué)的幫助下,黃楠用三年的時(shí)間得到了一些初步結(jié)果,后來合作方覺得資源消耗太多,終止了合作。黃楠就在西南交通大學(xué)里借用分析測試中心的實(shí)驗(yàn)室,借助于分光光度計(jì),自己搭建了一臺(tái)凝血時(shí)間測試的裝置。隨著實(shí)驗(yàn)的深入,需要人血來做實(shí)驗(yàn),由于買血需要花費(fèi)很多經(jīng)費(fèi),本來經(jīng)費(fèi)就緊張的黃楠,在1994、1995年一直用自己的血液進(jìn)行材料試驗(yàn),一點(diǎn)一點(diǎn)往前推進(jìn)。 由于前三年的研究進(jìn)展較突出,1995年自然基金委又給黃楠補(bǔ)助2萬元的課題經(jīng)費(fèi)! 〗(jīng)費(fèi)有了補(bǔ)充,可隨著研究的深入,設(shè)備、條件還是跟不上,這時(shí),經(jīng)黃楠申請(qǐng),學(xué)校下?lián)芰?5萬元的設(shè)備費(fèi),幫助他建立基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。 也正是有了穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室和助手,黃楠順利順利申請(qǐng)到第二個(gè)自然科學(xué)基金項(xiàng)目,經(jīng)費(fèi)8萬元。 1997年,在此前的基礎(chǔ)上,黃楠申請(qǐng)到第三個(gè)國家自然科學(xué)基金的項(xiàng)目。這時(shí),他又多了一個(gè)碩士生(現(xiàn)已成長為教授的冷永祥)當(dāng)助手。但是,一個(gè)不容忽視的問題擺也在了黃楠面前——研究所需的設(shè)備非常昂貴! 對(duì)此,黃楠和兩個(gè)助手想辦法借設(shè)備來做。同校物理系王家素教授的實(shí)驗(yàn)室有一臺(tái)做薄膜的設(shè)備,可惜這臺(tái)設(shè)備也很久沒用了,有些故障。“王教授就說,如果你們能修好這臺(tái)設(shè)備,你們就用吧!現(xiàn)在回想起來當(dāng)時(shí)真不容易!”黃楠感慨。 可是,設(shè)備“很難修,老是漏氣,我們非?鄲馈。冷永祥鉚足勁修了四個(gè)多月,終于把設(shè)備修好了。“我們就是用這臺(tái)設(shè)備開始合成氧化鈦薄膜的。”黃楠回憶。 重大項(xiàng)目助研究提速 1997年,國家啟動(dòng)了“211”一期工程,投到西南交大1億左右的科研經(jīng)費(fèi),在黃楠眼里,這是一個(gè)等待多年的機(jī)遇。 連續(xù)申請(qǐng)到三項(xiàng)自然科學(xué)基金的課題項(xiàng)目,并且在國際上發(fā)表了有相當(dāng)成果的文章,對(duì)此,黃楠得到了學(xué)校的大力支持,為他買了最需要的價(jià)值三百萬元的設(shè)備。 為了處理鈦表面的氧化膜,為了做材料合成,也為了能更好的使用這臺(tái)設(shè)備,黃楠專門去香港城市大學(xué)學(xué)習(xí)當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的材料表面處理技術(shù)。1998年10月,黃楠作為高級(jí)訪問學(xué)者與德國德累斯頓Rossendorf研究中心合作研究!坝玫聡脑O(shè)備和我的思路,把我想做的材料做出來了,效果非常好!蓖瓿扇蝿(wù)后,黃楠提前兩個(gè)月回國了。 提前回國,黃楠為的是迎接又一個(gè)重大機(jī)遇的到來。 1999年,黃楠順利進(jìn)入到第一個(gè)“973”生物材料的課題項(xiàng)目組中去,獲得300萬元的科研經(jīng)費(fèi)。有了這些經(jīng)費(fèi)的支持,黃楠的研究開始提速。 此后5年,黃楠的團(tuán)隊(duì)主要研究血液相容機(jī)理.“這個(gè)機(jī)理做得非常深入,當(dāng)時(shí)在國際上也沒人做出來過。后來‘973’項(xiàng)目結(jié)題,“我們的課題是其中的亮點(diǎn),專家給的評(píng)價(jià)也是非常好的,正因?yàn)槿绱宋覀冊(cè)谶@個(gè)基礎(chǔ)上順利進(jìn)入到了2006年至2010年的第二個(gè)‘973’課題項(xiàng)目中,我們?cè)谧霰∧さ幕A(chǔ)上進(jìn)入到如何使薄膜表面長出人體自身的細(xì)胞,就是細(xì)胞仿生! 2004年,國家“211”二期工程中,黃楠得到了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)費(fèi),憑著國際合作中及已經(jīng)購買的設(shè)備的實(shí)驗(yàn)中積累的經(jīng)驗(yàn),該團(tuán)隊(duì)研制了五臺(tái)設(shè)備,生物材料表面改性的工作進(jìn)展更為順暢。 “造車+修路”式的研發(fā) 條件艱苦并不是黃楠在多年的研究中遇到的最大難題,對(duì)于最撓頭的問題黃楠用了一個(gè)形象的比喻——我們?cè)炝塑,發(fā)現(xiàn)沒有路可以跑,結(jié)果為了讓這個(gè)車有用,我們又跑去修路去了。 1999~2004年,黃楠遇到了一個(gè)急需解決的問題——首先得有瓣膜,才能應(yīng)用“鈦-氧薄膜”技術(shù)。因?yàn)橹八鞯臉悠范际窃趪鴥?nèi)已有的、落后的心臟瓣膜上進(jìn)行的研究,如果要把這個(gè)技術(shù)應(yīng)用的更好就必須有先進(jìn)的、新的瓣膜。 讓黃楠感到困難的是世界上最先進(jìn)的國外產(chǎn)的瓣膜除了貴以外,還有一大缺點(diǎn)——很脆!坝眠@種瓣膜做實(shí)驗(yàn),不僅昂貴,而且瓣膜上的葉片是取不下來的。如果硬取下來,瓣膜就碎了,也就是說當(dāng)初安裝這個(gè)瓣膜的時(shí)候就是一次性的! 無奈,黃楠決定自己做瓣膜,但是,“瓣膜的設(shè)計(jì)我們都做好了,可是加工起來特別困難”。為此,黃楠找的很多單位都不愿意加工,最后找到一家精密模具廠,但條件是要批量生產(chǎn),起碼每次做一百個(gè)(每個(gè)約1萬元)。在黃楠的幾經(jīng)協(xié)商下,最后模具廠才同意一次做50個(gè)。因?yàn)?0萬元“對(duì)我們來說是非常昂貴的投入了,但是模具廠給摩托羅拉供應(yīng)部件利潤很高,這點(diǎn)錢在他們眼里根本不算什么”。“在給我們做瓣膜的過程中,他們接到其它訂單就會(huì)把我們的瓣膜從生產(chǎn)線上拿下來,趕完訂單再加工我們的瓣膜!苯Y(jié)果,黃楠檢驗(yàn)送來的瓣膜時(shí),50個(gè)里面只有兩個(gè)可以用。 回想起研發(fā)中的類似經(jīng)歷,黃楠認(rèn)為,自主創(chuàng)造才是最重要的。接受《科技中國》采訪時(shí),黃楠所在的實(shí)驗(yàn)室除了一臺(tái)引進(jìn)的設(shè)備外,其余的真空裝置都是團(tuán)隊(duì)自己做的。黃楠帶著團(tuán)隊(duì)根據(jù)自己的需要造出了這些設(shè)備,不僅僅是制造,全套的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)參數(shù)、里面的配置等很多內(nèi)容都是團(tuán)隊(duì)提出來的,然后送到企業(yè)去加工的,他們還獲得了這些設(shè)備的發(fā)明專利權(quán)。 在黃楠主持召開的兩次國際會(huì)議中,外國學(xué)者參觀了該實(shí)驗(yàn)室都十分驚訝,表示完全想不到中國會(huì)有自己的技術(shù)裝備的、這么齊全的先進(jìn)等離子體表面改性技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室,并與該實(shí)驗(yàn)室建立了實(shí)質(zhì)性的合作研究! 希望盡快看到產(chǎn)業(yè)曙光 經(jīng)過18年的研發(fā),黃楠研發(fā)的部分技術(shù)即將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。其中,含有“鈦-氧薄膜”技術(shù)的心臟瓣膜已經(jīng)在豬身上進(jìn)行了8個(gè)月的實(shí)驗(yàn),目前效果很好,沒有凝血現(xiàn)象。 雖然心臟瓣膜的研究離產(chǎn)業(yè)化還有很長一段路要走,但是黃楠團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)研究方向,“鈦-氧薄膜”心臟支架的技術(shù)已經(jīng)非常成熟了,“我們把氧化鈦薄膜涂在血管支架上,做了全套支架的加工、制備,結(jié)果是顯著抑制了支架導(dǎo)致凝血現(xiàn)象的發(fā)生,相對(duì)于瓣膜來說,心臟支架的進(jìn)度要快許多,如今臨床實(shí)驗(yàn)期基本上已經(jīng)結(jié)束,很快就可以申報(bào)評(píng)審了,評(píng)審一通過拿到產(chǎn)品許可證,合作公司就可以進(jìn)行批量生產(chǎn)上市了。預(yù)計(jì)明年年初可以實(shí)現(xiàn)!薄 回想自己從跑單幫,到如今的8個(gè)教授、3個(gè)副教授、2個(gè)講師、2個(gè)工程師,以及3個(gè)博后, 18個(gè)博士,40多個(gè)碩士生的科研團(tuán)隊(duì)! ∧壳,凝聚在一起的這個(gè)團(tuán)隊(duì),已經(jīng)成為在中國心血管生物材料與表面改性領(lǐng)域的一個(gè)代表性團(tuán)隊(duì),在國際上也具有影響。黃楠被選為生物材料表面與界面國際會(huì)議國際委員會(huì)主席,并獲得國際生物材料科學(xué)與工程聯(lián)合會(huì)Fellow終生榮譽(yù)稱號(hào)。 如今黃楠團(tuán)隊(duì)的研究已經(jīng)拓展了很多方向,取得了很多值得矚目的成績,但是黃楠并沒有就此滿足,在他的心中還有很多理想想去實(shí)現(xiàn),因?yàn)椤扳?氧薄膜”技術(shù)雖然是核心技術(shù)但是只是一個(gè)研究方向!拔覀冏隽撕芏嗥渌芯浚呀(jīng)形成了一個(gè)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的體系,申請(qǐng)及獲得專利20余項(xiàng)! 除了這些研究,黃楠還有一個(gè)理想就是希望有朝一日可以建個(gè)下游的研發(fā)機(jī)構(gòu),能更好的與企業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行對(duì)接。 對(duì)于研究,黃楠投入了自己所能投入的全部精力,是一個(gè)優(yōu)秀的科研工作者,但是作為丈夫,他始終懷著一份對(duì)妻子的愧疚,沒有妻子的大力支持,黃楠也支撐不到現(xiàn)在。妻子對(duì)黃楠的支持不僅是精神上的,還身體力行幫助黃楠的研究,如經(jīng)常去菜市場撿菜葉喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室里的動(dòng)物等。 而對(duì)于家庭,妻子更是支撐起了多半的責(zé)任。對(duì)于黃楠,妻子更是用自己的方式關(guān)心著丈夫。因?yàn)辄S楠,妻子特意養(yǎng)成了一個(gè)在黃楠眼里的“壞習(xí)慣”——黃楠晚上不回家自己就不睡覺。因?yàn)槠拮拥倪@個(gè)“壞習(xí)慣”,黃楠再也不敢一進(jìn)實(shí)驗(yàn)室就熬到凌晨一兩點(diǎn)鐘了,每天都晚上在實(shí)驗(yàn)室也不能超過12點(diǎn)鐘回家。對(duì)于夫人的理解和支持,黃楠心存一份感激。 |
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