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张晓晶:构建多维创新型环境,加速生物医学工程发展

时间:2013-03-07 19:26:53  来源:  作者:

 二十一世纪是生命科学和物理科学及工程学相互融合,共同大发展的时代。其中,先进的科技创新如微电子、信息、网络、材料、制造、纳米等先进技术与生命科学进一步地渗透结合,研究成果加速向医疗应用转化,创新式的健康产品不断涌现,必将推动基础生物学和医学跨入一个崭新的时代。生物医学工程(BME: Biomedical Engineering 或BE: Bioengineeing, Biological Engineering) 作为医学和工科的重要结合点,正在成为重要的前沿科学研究领域。生物医学工程是结合现代工程学的原理和设计理念用于医学和生物学的研究及应用,最终达到全面而科学掌握生物体及疾病的发生发展规律,提高国民医疗健康水平,如快速诊断,实时连续监控,个性化治疗及愈后跟踪等。同时,生物体和医学中的一些特有现象和大自然巧妙的设计又进一步启发了新的科学研究思路和工程设计理念。所以,现代意义上的生物医学工程已经不局限于工程“服务于”医学的一条单向路,而是工程科学和生物医学互动互补,共同提高,紧密融合的新型科学。并在此基础上,系统性的培养一批人才。世界范围内,各国均投入大量科研资金积极开展生物医学工程相关研究,美国、欧盟及日本在近十年内在此领域的投资均超过数百亿美元,与国家科技战略目标相呼应,加大在医疗器件和仪器、药物和各类生物技术领域研发力度,用于定量,微/无创,实时实地和个性化医疗。例如,将分子生物学和微电子技术相结合,研发出的高通量多功能生物芯片,包括DNA芯片、各种病毒蛋白快速检测芯片用于快速准确,显著地提高医疗水平。

  作为国家主要的研发力量,世界各国研究型大学纷纷成立独立的生物医学工程科系或学院,逐步完善其学科建设,尤其是主干研究方向和课程体系。由于各自的发展轨迹和历史沿革各有不同,所以在研究和发展方向上有不同的侧重。有些偏重基础生物学研究,有些侧重和医学研究机构,医院等紧密合作,开展于临床需求导向的研究,有些则探索与工业界合作,积极作好技术转移。作为国内较早成立的交大生物医学工程学科,三十多年来,在国家和学校大力支持,几代师生的共同努力下,从90年代初我求学时的以图像和信号处理,超声仪器等为特色的仪器系下的一个专业,成为今天拥有生物医疗仪器,神经科学与工程,医学影像与信息,生物纳米材料,系统生物医学等多个新兴科研方向的生物医学工程学院,并以上海交通大学Med-X研究院为交叉学科平台开展广泛的转化研究合作,如:与瑞金医院合作的分子影像中心,与仁济医院合作的干细胞临床中心,六院的医疗仪器工程中心,神经精神影像中心,多组学联合研究中心等。近年来,在徐学敏院长等一批国际知名的归国教授的带领和积极推动下,生物医学工程积极创造开放的科研环境,引导创新,让人才充分发挥潜能,已经焕发出无限的活力。学院已经按国际惯例,聘请国际学术大师组建了学术委员会和顾问委员会,正在建立起一支具有国际影响力的主干人才队伍,创建了以国际评估为导向的人员分类管理体系建设,新进人员按国际一流大学水平tenure体系要求聘用,包括讲席教授、特聘教授、特别研究员、特别副研究员,并对现有人员评估按不同岗位提出不同要求,对国家和交大积极推进高校人才队伍建设和评估作出了非常有益的探索。

  面向未来,正如张杰校长庆祝交大生物医学工程30周年的讲话中指出的:在交大拥有一流的工程学科、临床医学学科以及12所附属三级甲等医院的临床医学资源的新形势下,生物医学工程具备了在这个交叉科学领域同国际先进水平竞争发展的潜力。下一步如何快速快速发展壮大?我们的核心竞争力在哪里?我们如何从特色研究,课程设计,学生未来,社会影响力等角度来思考探索,使我校生物医学工程学科的发展更加适应现代医学发展的需求。促进中国尖端医疗技术的发展,是我们共同努力的方向。

  创造开放的科研环境,引导创新,发挥潜能

  生物医学工程作为一个新兴科研领域,为中国提供了与发达国家相比较为均等的发展和竞争机会。一流研究型组织的科研方向,资金配置,与人材培养模式始终是以提升国家综合竞争力为导向。通过积极探索和借鉴跨领域科研合作,教学及转化研究的模式及趋势。我们可以通过“制度化的引导和激励”促进这一新兴交叉领域的互补合作,培育创新项目,尤其是发展特色科研,及大幅度提升研究水平及我们的国际影响力。其中的关键环节包括:

  一是, 科研大方向的确定: 中长期规划的前提下,鼓励灵活短期的探险计划,大力构建协同创新环境(ecosystem)。对生物医学工程而言,我的理解是协同创新不简单等同于合作(collaborations),还能够产生创新文化,辐射面广,把创新“点”连成创新的“网”。

  二是,从科研管理的角度,需要优化基金和项目组合,针对生物医学工程项目的领域交叉和时间周期特点,要保证基金评审体制的相对稳定,鼓励科研梯队的动态组合, 促成科研中心运行体制。

  三是,从检验和衡量如生物医学工程交叉领域等进展方面,注重专家库的配置,创新和产业化的平衡, 科学评审矩阵的确定.

  四是,创造环境,加速转化过程; 在转化这个“过程”中,需要生物医学工程作为主体加强创新能力培养,建立创新体系,加强产学研医结合。有效的将新知识,新发明从实验室中转向临床应用,用于预防、诊断和疾病治疗。

  五是,从技术转移的角度,适当鼓励教授和企业的互动,新兴技术的商业化,并使之成为基础研究的推动力。

  我们可以研究成功的生物医学工程技术的研发,医学转化和临床应用获得启示,如何创造一个多维开放的学科发展体系,设计一个有效的转化模型和流程,发挥效能,避免风险。

  在美留学和任教阶段,我刚好经历了美国几所研究型大学的生物医学工程系成立和初期的演化。总体感觉对于如生物医学工程这样的新兴交叉学科的改革,既要有耐心,需要在尝试中不断修正进步,同时面对学科飞速发展的新形势,需要根据自身条件及需要,采用各种灵活方式积极推进。常见较为有效的模式是定好大方向,建立交叉平台,放手科研合作,加速转化。10多年前我在美国斯坦福大学读博士时,学校还没有生物(医学)工程系,在当时的教务长赖斯(Dr. Condoleezza Rice)被召去华盛顿做美国国务卿之前,她为斯坦福学科建设作的一件大事,是批准成立了Bio-X, 当时由诺贝尔奖得主朱棣文教授(现为美国能源部部长)和其他两位教授共同发起。我的博士共同导师之一著名发育生物学家Matthew Scott教授,为Bio-X共同主任。在当时的情况下,开展了一系列自由探索式的研究,较为正式的有定期的“相亲”研讨会,选择性重点介绍一些生物学的热点问题和工程方面最新的研究手段,促进科研合作。当时工程学院的各系,也顺应这个生物(医学)和工程融合的大趋势,积极扩充相关领域的师资。这个交叉平台培育了后来被证明相当一部分非常有潜力的科研项目。那时我的博士研究课题有关果蝇胚胎细胞壁的生物力学特性,用于开展高通量RNA interference。由美国DARPA出资,命名为为[Bio:info:micro] 计划,即探索在生物学,信息学和微小尺度工程领域融合的前沿问题。基于Bio-X平台,工学院和医学院教授共十位教授组织了攻关团队。和团队一起,我们不仅在精确测量细胞壁的生物力学特性方面取得重大的进展,同时也在微米纳米科学技术方面也取得了不少进展。尤其是创新工艺和设计方法研究,开展基础研究,提高器件和系统的水平。类似的项目还有很多,由于研究项目新颖,研究手段融合多学科,当时的学生和博士后等很多在完成学业不久即被美国乃至世界各地高校聘为教授。在总体的研究体量和氛围到了一定高度后,2002年,在斯坦福大学工程院和医学院的鼎力支持下,成立了生物(医学)工程系。经过十年的飞速发展,该系已经成为一个具有完整国际水准的教授队伍,和研究设施的一流科系。在博士毕业后,我接受了德州大学奥斯汀分校任教的聘书后,先来到美国麻省理工学院进行为期一年的研究。与斯坦福类似的情况,在2005年以前,麻省理工学院工学院先是在传统的科系的基础上,先行组建了生物工程科(Biological Engineering Division),培养学科交叉型人才。科内的教授是由化工、电子、机械等专业教授兼任的,每位教授有一半时间在原来系里工作,有一半时间在新科内工作,这种方式很灵活,机构变动也很少。记得当时的新校长著名的神经生物学家Susan Hockfield刚上任,在2005年成立这个新系之处,既定位为生物工程的侧重点为研究基本的生物学问题。以区别于美国麻省理工学院和哈佛大学共同成立的侧重于医学导向的HST。这些新学科虽成立不久,但由于有各专业先期的合作基础,发展很快。这种学科交叉计划既不打乱原有的工程教育体系,又能灵活适应变化中新涌现的需求;既促进了传统性专业的提升与改造,又为逐步形成新专业创造了条件,是一个值得借鉴的做法。

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