在醫(yī)院抽血測過血糖、激素嗎？覺得扎針太疼或過程繁瑣？

中山大學(xué)青年學(xué)者謝曦，一直在嘗試改進(jìn)這些醫(yī)學(xué)診療技術(shù)，近年來他邊學(xué)邊做，研發(fā)了多種可穿戴人體健康傳感器和生物科研傳感器。去年，因“將光電傳感技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)交叉融合，為生物研究和醫(yī)學(xué)診療提供前沿工具”，謝曦入選《麻省理工評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國榜單。

謝曦從美國斯坦福大學(xué)博士畢業(yè)后，在麻省理工學(xué)院做博士后研究，但耀眼的簡歷并沒有讓他停步不前。最近，他決定進(jìn)行一場更加艱難的跋涉：做好奮戰(zhàn)10年的準(zhǔn)備，和植入式動態(tài)血糖傳感器“死磕”。這不單是為了解決血糖等健康指標(biāo)無法實(shí)時(shí)監(jiān)測的問題，謝曦也希望打破我國在生物醫(yī)學(xué)傳感學(xué)科領(lǐng)域成果稀缺的現(xiàn)狀。

2016年，謝曦成為中山大學(xué)生物電子學(xué)科帶頭人。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)科屬于新興交叉學(xué)科，聚焦于應(yīng)用電子信息技術(shù)揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)，解決生物、醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)研究中機(jī)理機(jī)制、重大疾病等關(guān)鍵難題。

科學(xué)家在困難里沖鋒陷陣，普通人就有改善生活的希望。在開啟新的跋涉之前，謝曦成功研發(fā)了一種可用于藥物篩選的科研儀器——體外細(xì)胞微納芯片。科學(xué)家在篩選藥物的過程中，經(jīng)常需要向每一個實(shí)驗(yàn)細(xì)胞注射藥物，并精準(zhǔn)地監(jiān)測效果，而體外細(xì)胞微納芯片則是給藥和監(jiān)測其藥物反應(yīng)的工具。

這是一種十分精密的生物電子傳感器。為了把藥物高效地送達(dá)細(xì)胞，并精準(zhǔn)地監(jiān)測效果，每個細(xì)胞都需要插入數(shù)十個納米“針頭”，這些“針頭”安裝在直徑為幾百納米的電極上，密密麻麻的電極則安裝在直徑1平方厘米的微加工芯片上，小小的芯片形成一個納米針頭陣列。

謝曦做的這種“袖珍針板”是一種救命的科學(xué)儀器，能助力科學(xué)家進(jìn)行癌癥等疾病的藥物篩選。但在研發(fā)科研工具的同時(shí)，他還發(fā)覺，一些實(shí)際醫(yī)療場景中，需要能夠用于人體的電子傳感器，實(shí)時(shí)傳輸病人的健康情況，“我希望開發(fā)一種臨床應(yīng)用型技術(shù)，解決一些病人的需求”。

比如有些病人需要實(shí)時(shí)監(jiān)測心臟、血壓等情況，他就利用柔性電子材料制作成可穿戴傳感器，貼附于人體皮膚外，更便捷且連續(xù)地監(jiān)測心電、脈搏、血壓等生理指標(biāo)。

然而研究越深入，和臨床結(jié)合越緊密，謝曦需要解決的問題越棘手。在病人住院時(shí)，往往還需要監(jiān)測血糖、激素、代謝物等情況；而對于一些服藥病人，有時(shí)還需要精確掌握體內(nèi)藥物的濃度變化從而進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，部分需求目前只能靠一次次抽血來實(shí)現(xiàn)，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測。能否研發(fā)一類微介入人體的傳感器，實(shí)時(shí)傳回這些生理指標(biāo)？

微介入式傳感器原理模型，這種傳感器可持續(xù)監(jiān)測體內(nèi)疾病信息

在植入式人體傳感器中，他選擇從微創(chuàng)式動態(tài)血糖傳感器入手。謝曦介紹，動態(tài)血糖監(jiān)測儀在臨床中需求廣泛，它能夠長時(shí)間插入皮下監(jiān)測病人的血糖，不僅能連續(xù)反映血糖變化，還可以免除糖尿病人頻繁指尖采血的痛苦，“比如二型糖尿病患者，可以根據(jù)動態(tài)血糖變化調(diào)整相應(yīng)的胰島素用量”。國外的相關(guān)技術(shù)在不斷迭代，但由于缺少技術(shù)突破，目前這種醫(yī)療傳感器還沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。因此他決定投入這一領(lǐng)域，對動態(tài)血糖檢測儀進(jìn)行攻堅(jiān)。

雖然，謝曦此前所做的納米針頭陣列和植入式傳感器有相通之處，但從“體外”到“體內(nèi)”是一個質(zhì)的跨越。他說：“通常植入式的醫(yī)療儀器從研究到最終進(jìn)入臨床，周期至少需要10年，我準(zhǔn)備花很長時(shí)間來‘啃’這個項(xiàng)目。雖然基礎(chǔ)功能已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)，但傳感準(zhǔn)確性要達(dá)到臨床的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，還有很長的路要走。”

“邁出這一步很不容易，學(xué)生有畢業(yè)的要求，科研有經(jīng)費(fèi)的壓力……”他知道做這種長線項(xiàng)目會很“難熬”。然而最難的還不是科研“性價(jià)比”的壓力，而是交叉學(xué)科知識的積累和貫通。

事實(shí)上，隨著前沿科技的發(fā)展，靠單一學(xué)科就能解決的問題越來越少，需要交叉學(xué)科解決的問題越來越多。謝曦面臨的困難，不少學(xué)者也深有體會。

為了突破這個醫(yī)療技術(shù)難題，謝曦的辦法很樸素：一邊當(dāng)老師，一邊當(dāng)學(xué)生。

“我們團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn)是有求知欲、虛心、高度交叉。”謝曦介紹，微介入式傳感器是一項(xiàng)多學(xué)科交叉的研究，囊括電子、材料、人工智能算法、生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等，而且學(xué)科跨度很大，“比如學(xué)電子的學(xué)生和學(xué)生物的學(xué)生其實(shí)很難想到一塊去”。作為一個交叉學(xué)科項(xiàng)目的博士生導(dǎo)師，謝曦所面臨的要求就更高了，“最起碼核心點(diǎn)自己都得懂”。

“我經(jīng)常和不同專業(yè)的同學(xué)請教，帶著我的學(xué)生去看其他生物學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。教授都太忙了，所以我經(jīng)常先和他們的學(xué)生請教入門技術(shù)。實(shí)踐起來才知道，生物實(shí)驗(yàn)的操作和理論完全不是一回事，深奧程度更是不可測量。”

“臨床醫(yī)學(xué)和生物又不一樣，在臨床上，我就把自己當(dāng)實(shí)習(xí)生。現(xiàn)在甚至考慮讀一個臨床醫(yī)學(xué)的在職學(xué)位。”

“我也經(jīng)常和自己的學(xué)生討論問題，每個研究生和博士生都各有特長，向?qū)W生請教是很正常的事情。”謝曦的辦公室讓給了一些臨時(shí)還沒有分到座位的同學(xué)，他自己則和學(xué)生們坐在一起。

對于研究交叉學(xué)科來說，教學(xué)相長的心態(tài)或許是必備條件。

按照謝曦的計(jì)劃，單是一個微介入式動態(tài)血糖傳感器就要“啃”10年甚至更久，他還希望攻克微介入式動態(tài)激素傳感器等精密儀器。如此算來，他大概要當(dāng)一輩子“學(xué)生”。但他完全不認(rèn)為這丟了當(dāng)教授的面子，反而抱著一種特別感恩的心態(tài)：“有人愿意教我，我已經(jīng)謝天謝地了！”

在謝曦看來，做科研，一方面是基于求知欲，希望學(xué)習(xí)更多知識，探索自然奧秘。另一方面，是結(jié)合國家和社會發(fā)展需求，盡自己的一份力。在求知欲和社會需要面前，虛心學(xué)習(xí)、交叉運(yùn)用，是自己的“本分”。