器官芯片是采用干细胞技术、再生医学技术、生物材料学技术、组织工程学技术、微流控技术、自组装技术等来制作在微流控芯片上生长的微型人工器官,以实现对人类器官的模拟。研究器官芯片的目标是在芯片上模拟人体环境,进行多种细胞、组织和器官的联合培养,通过控制细胞在体外培养过程中的生物学行为,对器官功能予以在芯片上的再现,从而通过器官芯片开展药物筛选和评价、疾病模型的构建,以及推进基础医学等多领域的基础研究。本次报告将综述本团队近年来在器官芯片研发方面的若干进展,包括构建的具有自主知识产权的基于双光子/多光子器官芯片快速高精度打印系统,解决了器官芯片跨尺度加工的难题;通过组织工程和微加工技术和手段制作的由人类细胞构成的十余种器官芯片模型,解决了器官芯片在药物筛选和疾病构建中的若干关键技术难题;采用基于深度学习算法的人工智能系统以及结合了自研的高灵敏生物医学电子设备仪器,完成了可应用于器官芯片精准检测测量的自动化、一体化仪器,解决了器官芯片使用中操作复杂、难于定量观测分析的难题。通过对于以上技术和体系的成功构建,我们实现了可供药物筛选的器官芯片模型,并在多家药厂实现了药物筛选和评价;并与多家国内三甲医院合作完成基于器官芯片的精准肿瘤药物敏感性的筛选。
3D打印被视为引领新一轮科技革命和产业变革的核心技术之一,是实现医院数字化转型的重要技术手段。广泛应用于数字医学领域,临床应用于骨科、肿瘤科、口腔科等诸多科室,包括3D打印康复辅具、手术导板、手术模型及植入物等。
患者个体差异明显、身体组织复杂,常规治疗方法“削足适履”,3D打印技术可以通过数字化手段为患者提供“量体裁衣”式个性化、精准化治疗方式,可以轻松解决医疗领域个性化需求与标准化产品之间的矛盾。
生物3D打印代表了3D打印技术最高水平。生物3D打印以加工活性材料包括生物材料、生长因子、细胞等为主要内容,重建人体组织和器官,是一种极其重要的新型再生医学工程技术。
电子皮肤是未来电子工业的重要发展方向,将为医学诊疗、柔性显示、智能机器人等领域带来革命性的改变。电子设备与生物组织在机械特性上的巨大鸿沟是该类器件发展的主要瓶颈,有机半导体材料独特的本征柔性、可溶液加工性和结构多样性使其成为发展这类电子器件的重要方向。但目前可拉伸晶体管的阵列密度仅相当于硅晶体管1960年代的发展水平,极大限制了可实现生物学信号读取、处理、存储等功能的新一代柔性电子器件在智能化电子系统构筑中的应用前景。其中最大的挑战是缺乏具有普适性的有机电子材料的高分辨图案化及集成方法。我们首次实现了有机导电、半导性和介电材料的全直接光刻图案化,突破了长久以来限制电子皮肤进入实际工业生产应用的关键技术壁垒,获得了目前报道最高的可拉伸晶体管阵列密度,在比拇指还小的面积上集成了超过10,000个晶体管,比此前的纪录提高了100倍以上。这一全新的技术路径将改变柔性电子器件工业制造领域的范式,最终带来可穿戴电子产业的革命性发展。