今日启明星︱在微纳尺度探索毛细血管的奥秘 ——访上海大学无人艇工程研究院特聘副研究员岳涛

岳涛

我们是在2019年度启明星的授证交流会上认识岳涛的，一个口音有一点点闽粤话味道、阳光帅气的大男孩。

因为是本年度星友颁证交流会的承办单位，岳涛和他的小伙伴们忙里忙外，落实好学校安排的各个细节。那天的天气还是比较凉爽的，但岳涛的衬衫前后都有汗水印记。

后面的联谊聚会和选举班委等环节，站在台上的岳涛谈吐、表达都有不俗的表现，最终他以坦诚和实在的承诺当选2019级星友群的二位班长之一。

这次活动，岳涛给众星友和所有与会者留下了印象，我们在考虑启明星采访对象时自然就想到了他。在倾听了岳涛的成长经历和了解了他在科研之路上的追求后，我们越发觉得岳涛是值得采写的对象，我们的选择是对的。

遇良师，内在潜能获挖掘

岳涛1984年出生于湖北宜昌，父亲是公务员，母亲是国企员工。出生未几，由于父亲工作原因，他随父母来到广州定居，直到初中才回到宜昌。

岳涛说自己从小并不是那种成绩突出的孩子，但是老师发现他蛮喜欢动脑筋想问题，就鼓励他去参加数学竞赛，他没有辜负老师的期望，通过努力获得了广州市级层面的奖项。

岳涛说：“现在回想起来，真的要十分感谢老师对我的潜能的发现和鼓励。参加数学竞赛并得到奖项这件事不仅让我建立了自信，而且让我发现了自己擅长的东西，这对一个孩子来说非常关键。如果没有人来引导我，我自身的潜力肯定得不到挖掘，极有可能就被埋没或者沉沦下去了，所以我很幸运在学业的关键阶段有老师给了我一个正确的方向。”

这样建立起来的信心也“反哺”于岳涛的学习上，他的成绩得到了很大的提升，数学也成为他的长项和兴趣爱好。

岳涛回到宜昌上初中后，虽然短期内有一定的不适应，但初二参加全国奥数竞赛时仍然获得了二等奖，一直到初中毕业，他的数学成绩都是宜昌市的第一名。

甚至到大学，他都会用做数学题的方式让自己放松，这对他来说是一种游戏和娱乐。

高中时，岳涛的成绩在学校一直名列前茅，最终如愿进入自己心仪的同济大学，喜欢数学的岳涛打听到同济大学的数学教学，特别是他们的数学教材是国内大学的标杆。

爱数学，走上微机械研究路

通过同济大学机械系四年的学习，岳涛对机械工程有了一定的了解，他发现自己对机器人和自动控制很感兴趣，于是在大四做毕业设计时选择了进入做机电一体化控制研究的刘钊教授的实验室。

岳涛很想趁做毕业设计的机会，检验一下自己四年学习的专业知识有没有实际用处，或者说想验证一下自己将书本知识转化成实际应用的能力。

岳涛的毕业论文是要设计一个针对现场工况的综合监测系统。在刘老师的指导下，他花了半年多的时间最终研制了一个可以监测油温、发动机状态等数据的手持终端显示装置。这个过程让岳涛很有成就感。

本科毕业设计完成后岳涛就进入刘教授的实验室攻读硕士学位。此时，刘教授和当时从日本东京工业大学留学归来的朱玉田、俞燕蕾教授等申请到了一个光控微机械方面的863子课题。（俞燕雷也是我们启明星，现在是复旦大学的教授，她在课题中主攻光控材料。）

刘、朱两位教授带领的同济大学课题组主要负责用这个材料去做微机械。作为课题组一员，岳涛的任务是将光控材料应用于微机械中。

微机械在这里出现了多次，我们让岳涛解释一下。

岳涛说所谓微机械，其操作尺度为100微米左右，相当于人的一根头发丝的直径，这也是人的裸眼能够分辨的极限。这种尺度的微机械可用于控制微量液体的输出输入，实现对微量液体的精确控制。

相对于微机械，传统机械结构（齿轮或轴承等）的尺寸和机构间的响应速度无法与之比拟，而且，微量流体的操控从理念到手法都是完全不同的。譬如岳涛所在的刘、朱两位教授带领的同济大学团队就是利用光控材料对紫外光敏感的特性（光照后材料可以弯曲），设计了一种特别的机构将光控材料的这一特性转化为机械运动，实现材料在微机械上的运用。

转眼到了岳涛硕士毕业的当口，岳涛面临诸多的选择：是工作还是继续读博，读博的话是在国内读还是到国外去看看？

由于机械是一个与工程结合得特别紧密的专业，在各行业中需求量大，因此就业的学生占了很大比例，选择读博做研究的人很少。但岳涛似乎并没有受到这些影响，硕士三年的研究坚定了自己要继续攻博，走科研之路的想法。

他深切地感受到，能了解事物本质的基础研究是创新之源，只有基础研究取得突破才能推动应用研究和产业发展，从而推动社会进步，他希望通过自己的研究能给社会带来哪怕一点点的改变，就已经体现了他做科研的价值所在。

刘钊老师也希望岳涛继续走微机械之路，并建议他去发达国家深造，刘钊和朱玉田两位导师都为他写了推荐信。

当时他考虑的主要是在微机械研究走在前沿的美国和日本的相关高校实验室。加上对东亚文化感兴趣，在大学时选修了日语，所以他把日本的大学研究机构作为首选。

在发出近百封邮件后他收到了早稻田、名古屋、九州三所大学的offer，最终选择名古屋大学是因为该校的福田敏男教授是机器人及微纳操控领域的世界级专家，而且福田教授在回复的邮件中展现了他的亲和力，对岳涛非常鼓励，建议他马上开始申请流程。

经过近一年的入学和奖学金申请，2010年10月2日，岳涛赴名古屋大学工学院微纳系统工程系福田敏男教授的团队攻读博士学位。当时他的学费是全免的，生活费得到了中国政府的支持，福田教授也给了学生一定的补贴。所以岳涛说他在名古屋大学开始了生活无忧的四年科研好时光。

在扶桑，幸得世界级专家指导

尽管因为福田导师的人格魅力，实验室团队的氛围很好，但初来乍到的岳涛到了这个完全陌生的环境，而且是世界顶尖的实验室，让自觉学科基础不是最好的岳涛备感压力：

首先是语言上，这个国际化的团队包含各国的学生，交流基本用英文；

其次是学术上，有很大的冲击，很多新仪器设备都没有见过，不知道从哪里开始学；

再次是学习态度上，福田教授希望每个人都有很强的主动性，鼓励大家去想、敢想的思维方式。  

实验室对新来的博士生要求一个月之内提出科研方案，并在组会上作介绍。一筹莫展之时，实验室里几个中国师兄伸出援手，他们几乎是手把手地把岳涛带入到生活和科研的正常轨道：

包括与导师交流如何凝练科研想法，如何规范地做科研路线规划和研究方案，甚至细化到如何在PPT上作恰当的展示、表达思想等等。 

一个月内岳涛根据师兄们提供的信息和建议，结合自己以往的科研经历提出了一个方案，并在第一次组会上用英语作了展示。

尽管做了比较充分的准备，但讲的过程中福田教授和其他老师还是给了很多批评，但在批评的同时却很肯定岳涛能提出自己想法，总体上也是认可他的开题方案的。

第一次的组会报告对岳涛是一个综合的考验，过程虽然很艰难，但他受益匪浅。

2011年在美国旧金山参加IEEE智能机器人系统大会时与导师及同门合影

福田教授的实验室研究各种尺度的机器人，岳涛选择了与自己研究背景相关的微米级机器人，这种机器人及其操作的尺度是10微米，必须借助显微镜来进行研究。

目前，针对血管损伤，主要是用非生物材料，如高分子材料做成的人工血管进行替代，但它存在易老化、生物相容性和安全性不足等问题，岳涛从事的课题研究是希望通过机器人将人体本身的细胞构建成人工血管。

这一研究也是日本文部科学省一个大的5年计划的一部分，目标是通过对生物组织和细胞的操作和组装来构建人工器官（包括血管）。

岳涛从刚开始要做一个对单个细胞进行操控的机器人，到后来逐步凝练提升，在博士毕业时他已经完成了人工血管的机器人化高效构建——构建了一套多动能的微流控芯片平台，集成了很多机器人的操作，包括从目标细胞的增殖、操控、包埋、构建到最终构建成直径为1毫米的人工血管。

当我们问起福田教授对岳涛的评价时，他暖心地笑了笑说，导师很喜欢他，认为他不仅做事细心，而且为人可靠，交代的事情肯定记得且按时按质完成，让人放心。不足的地方是还需要更大胆地与人交流。

赴美国，深度参与微纳生物医药研发

2014年，岳涛即将博士毕业。他给自己定了一个小目标：如果博士毕业时能够发一篇比较好的论文，自己就再去美国做博士后，感受一下处于世界科技霸主地位的美国是如何进行科研的。

看似随心的决定背后其实是一颗坚定走科研路线的心，岳涛毕业前果真有一篇文章被微流控领域最好的杂志接受了。已有成果加上福田教授的推荐，岳涛很顺利地申请到美国的俄亥俄州立大学。

俄亥俄州立大学的医学比较出名，特别是微纳米技术在生物医药领域的应用。岳涛在俄亥俄州立大学两年间开发了一个微纳操控的实时药物作用评价系统，利用这个系统可以对未知疾病的病理做出工学上的解释。

所谓工学上的解释，是指从细胞或蛋白的物理机械性能，如软/硬度、粗糙等形态上观察病变情况，解释疾病机理。不同的疾病在物理性能上有不同的表现和特点，可以从形态和物理特性的角度做出分辨。 

在此期间，岳涛仍一直在关注人工血管方面的进展，当看到加州大学欧文分校有关人工血管的博士后研究项目时立马就申请并获批。这样，岳涛又在欧文分校度过了近两年的博士后生涯。

虽然都是做人工血管，但日美的设计思路和技术路线不同，

前者是用机器人去搭建细胞从而生成血管，而后者是通过微纳技术操控细胞生长的环境，让细胞自己构建生成血管，操控的环境不同，可以形成不同的器官。 

在欧文分校做博后研究期间，岳涛将自己研制的微流控芯片平台与器官结合起来做成器官芯片，这样的器官芯片不仅可以修复、替代血管，还可以用来测试和筛选药物。而这后一个功能实际上又开拓了一个与药物创制有关的新的方向。

微齿轮验证了微米级高速原位光加工技术，该技术是构建多功能微流控芯片的重要基础，实现了芯片内微环境的精确调控

器官芯片内的毛细血管

岳涛解释，目前抗癌药药价奇高在于研发过程的成本很高，过程繁复，通常是从上万个化合物中进行筛选，一步步进行细胞层面的实验、动物模型的实验、临床实验，研发时间可能要15年，涉及数十亿美元的投入。

如果有一种能更有效剔除无效候选药的工具，就能大大降低研发时间和资金投入。而器官芯片就是这样一种工具，可以针对不同的疾病开发不同的芯片模型去测试不同的药物。

例如，毛细血管是药物进入人体的最终部位，把癌细胞嵌入到血管芯片内部，通过往血管芯片注入筛选药物，就能够观察到该药物对癌细胞的作用，同时也能了解药物对血管有无副作用。 

制药企业对此有巨大的需求。岳涛在博后期间不仅申请了专利，还协助该成果产业化，不少药企成为他们的客户。

综上，岳涛在美国两地四年的博后科研经历不仅让他学术上有很大收获，也使得他对美国的产学研体系、成果转化和商业化有了操作层面上较深入的了解和感受。

沐春风，从上大无人艇再出发

2018年，结束四年的博士后研究工作，岳涛加入上海大学无人艇研究团队。

事实上，早在2016年暑假期间，他就到上海大学拜见了无人艇研究团队的创办人罗均教授，与罗均老师团队有了直接接触与交流，团队几位老师对年轻人的期望、培养和呵护之情，让岳涛非常想加入这个团队。

当然岳涛本人的学习研究经历，特别他在国际该领域最好的福田敏男教授实验室的经历，以及他正在研究的微纳机器人在生物医疗方面的应用是无人艇领域非常重要的补充。

一个识才、爱才，一个确实有才，这样双方一拍即合。 

谈及未来的科研规划，岳涛希望能进一步了解血管生成的机理，目前通过操控环境虽然可以生成血管，但是对细胞如何生成血管、环境对血管生成的影响等都还有待深入了解。如何通过微纳操控建立特定环境（输入）与该环境下血管生成效果（输出）之间的联系将是岳涛未来研究的重点，也是他这次获批的启明星课题的研究方向。

访问中，岳涛不止一次地说了这样一段话：

“不努力追求很难再上一个更高的台阶，也根本不知道自己的潜质在哪里。也许翻过这堵墙之后就是另外一番风景。” 

这其实既是他这些年在科研之路上不断努力的写照，也是可以跟更多人分享的切身感悟。

翻开2019级启明星名录，岳涛目前的职称还只是讲师。相对于不少已是研究员、教授的星友，似乎“低”了点。但我想这也恰恰体现了启明星计划扶持青年科技人才的初衷，在他们事业的起步阶段给予雪中送炭的支持，助其在科研之路上走得更稳更好。

同时我们也注意到上海大学一直在对优秀青年才俊的扶助上有大手笔，刚入职一年不到的岳涛已经受聘为无人艇研究院特聘副研究员就足见他们是厚待有为年轻人的。

相信岳涛在这样暖心的环境中一定会踏实精进，实现自己“用科研推动社会进步”的抱负。

本文选自《世界科学》杂志2019年第7期“今日启明星”栏目。

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