液态金属教父铸刀治肿瘤

2016年06月05日 8:37 8260次浏览 来源:   分类: 新材料前沿

  在中关村,以中科院若干研究所及清华、北大为代表的200多所科教单位星罗棋布。在这片科技的热土上,中国科学院理化研究所研究员、清华大学教授刘静,和他的团队一直都在关注肿瘤物理治疗。他们历经十余年,利用液态金属技术研制的肿瘤微创高低温复式治疗设备“康博刀”即将完成临床试验。随着一系列肿瘤研究的逐步深入,刘静也日益成为生物传热学领域的知名学者,受到生物学、医学的学界尊重。
  近日,记者在中国科学院理化研究所见到了刘静。他身着一件朴素的短袖衬衫,简约却不失沉稳。在他的办公室里,堆放着一摞又一摞厚厚的著作,这让本不算宽敞的房间显得更加拥挤。
  科研成果 注入碱金属消融肿瘤组织“肿瘤微创治疗中的传热学问题是我们实验室长期主攻的重要方向,从基础研究到应用实践都面临很多挑战。”一直以来,刘静都很关注肿瘤物理治疗,因为他认识到肿瘤发病率的严峻事实,见证过生命的脆弱与无力。如今,肿瘤发病率与死亡人数逐年激增,而传统的放疗和化疗却面临诸多困境。
  刘静认为,高水平的治疗不仅取决于医学本身,更有赖于物理、材料、工程等多学科的交叉融合。“你看办公室里的这些装备,看上去似乎跟医疗没什么关系,但结合这些积累,我们在生物医疗产业领域已开展了二十多年的探索。”刘静感慨地说。
  2008年,刘静曾偶然发现一种颠覆性肿瘤疗法——利用碱金属实现高温消融治疗肿瘤。与传统的肿瘤热疗方法相比,这种方式操作更简单。“简单说,就是将微量碱金属如钠、钾或其合金通过注射进入人体肿瘤组织。随后,碱金属会与体内的水产生强烈的放热化学反应,从而达到极为高效的热消融目的,同时不会对周围正常组织造成热损伤。”刘静介绍道。
  在2014年国际传热大会上,刘静最终选择了有关肿瘤精准治疗的主题,在大会上作了《通向恶性肿瘤靶向冷冻或热消融治疗的途径:生物体系内热量的精准输运》的主题报告。
  刘静提出了一系列新方向并完成了理论建构,还在此基础上实现了大量技术发明,其中历经十余年研制的肿瘤微创高低温复式治疗设备“康博刀”即将完成临床试验。随着一系列肿瘤研究的逐步深入,刘静也日益成为生物传热学领域的知名学者,受到生物学、医学的学界尊重。
  最新项目 用液态金属打印电路系统
  提到液态金属,很多可能觉得这是天方夜谭。金属熔点较高,通常除了水银,常规环境下的金属多呈固态。那液态金属到底是什么呢?刘静告诉记者,液态金属是指在常温常压下像水一样呈液态的金属。而刘静团队的工作便是在常温下找到金属呈现液态的方法并发掘它们的独特性能。
  为了这项看似荒诞的研究,刘静带领团队进行了十余年的艰辛探索,逐渐发现液态金属在传热、导电、生物医学以及柔性机器等方面的神奇功能。“液态金属具有罕见的多能性,而我们目前在液态金属的研究领域领先世界。”刘静自豪地说。
  在一定的调控和应用下,液态金属在常温下的许多特性都与日常生活息息相关。液态金属的导热力是普通金属的几十倍,而且可以保持从室温到1000℃不沸腾,从而可以在该过程中实现普通金属所不具有的功效。
  2013年6月,刘静团队把液态金属做成打印“墨水”,首次研发出纸上直接生成电子电路的技术。一年后,团队又研发出世界首台室温液态金属3D打印机,借助该设备,只需在计算机上设定程序,就可以“打印”出个性化的电路系统,从而大大降低了设备成本,与僵硬的批量化机器制造相区别。未来不管是谁,都可能随心所欲地“打”出自己需要的东西,比如手机。
  液体机器人如“终结者”可变形
  同时,液态金属在生物医学领域也将发挥不可替代的作用。据刘静介绍,液态金属可以被注入人体内作为神经的联结器,由此解决断裂神经修复的医学难题。另外,液态金属也可以用来替换内骨骼,对肿瘤的消除也起着至关重要的作用。
  “大家应该都看过电影《终结者》,其实里面的很多桥段都可以通过液态金属来实现。”2015年3月,刘静领导的中科院理化所、清华大学医学院联合研究小组,首次研发出自主运动的可变形“液体机器人”,而柔性机器人的研制为“终结者”的研发提供了有效路径。“有时候,科学研究的过程不是缺乏可能性,而是缺乏大胆的想象和探索的决心。”刘静感慨地说。
  此前,刘静的液态金属研究曾经一度被科学界认为是异想天开。在刘静涉足该领域之前,有关液态金属的研究仍属于科研领域的未开垦之地,就连国外也没有相关的专业研究。因此,刘静的液态金属研究被科学界誉为人类利用金属的第二次革命。
  “我们不追逐国际热点,而是按照科学发展的逻辑体系进行深入的探索,做有价值的原创研究。”刘静说,目前他正带领团队进行一项利用液态金属治疗皮肤黑色素瘤的研究。“我希望,科学研究能为人所用,而不只是高高在上。”
  研究起源 一次实验失误开启的追问
  刘静关于液态金属的研究,最早源于寻求一种芯片降温的方法。实验中液态金属会不经意间洒到计算机上,弄脏屏幕。可不可以直接打印出电路?关于实验的追问引发了刘静关于研究方向的思考,从而开启了他漫长而孤独的液态金属研究之路。
  从2000年开始,刘静带领团队一直在前沿科学的道路上执著求索,缔造了科学史上的无数传奇。而与此形成鲜明对比的是,刘静团队的科研条件却没有想象中那般“高大上”。团队只有9名核心成员,大多是研究所的老师,而团队的实验室面积不足30平方米,里面的很多仪器设备都是他们自己研发的,只有少数设备是国外引进的。
  “用相对简捷的办法制造出复杂的技术是一种本领。”刘静自信满满地说。作为团队的领路人,刘静深知研究方向选择的重要性。长期的前沿探索培养了他敏锐的感知思维,之后他会进行一次又一次的专业论证,从而最终判断该研究方向是否足够重要。“我常常对团队成员说,我们实验室要关注关键性问题、前沿性问题,不要走别人的老路,要走在科学的前沿。”刘静说。
  “前沿科研是孤独的探索,因此一定要学会坐冷板凳,要做系统深入地研究。如果只是投机取巧,即使偶有所获,也很难到达巅峰。”刘静常常这样告诫团队成员。研究数十载,刘静追寻科学真理的心从未疲倦。“科学研究有时就像遥远的山头出现一颗明珠,即使路上满是荆棘,我也要带领团队找到通往山峰的路。”
  获誉无数 摘得国际传热学界最高奖
  一路走来,刘静带领团队披荆斩棘,斩获无数掌声与荣誉。2014年,国际传热大会在日本京都召开,刘静获得传热学界“终身成就奖”——威廉·伯格奖。在这个素有“国际传热学界奥林匹克盛会”之誉的学术舞台上,刘静以《通向恶性肿瘤靶向冷冻或热消融治疗的途径:生物体系内热量的精准输运》为题所作的大会主题报告,被颁奖委员会称为“主题报告中的主题报告”。
  威廉·伯格奖每4年颁发一次,每次仅1名获奖者,由来自全球多个国家且彼此独立的权威学者提名并推举产生,能获此殊荣,刘静感觉很幸运,也很意外。“这么多年,我们其实很少自己主动申报奖项。”刘静将这看作是国际学术界对中国传热学研究的肯定。
  孤独艰辛的科研路上,刘静却一直兴趣盎然、乐在其中。他喜欢走进大自然,在单纯的快乐中让思维畅想。“面对大自然的馈赠,我会感到心旷神怡,而大自然的神奇,则时常会让我匪夷所思。”
  在刘静看来,科学研究的灵感往往来源于自然。“在科学的园地里仍然有可供采摘的花朵,因为完美的科学总会让人怦然心动。”刘静笑着说。

责任编辑:淮金

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