李劍宇：“人造膠水粘結性超現有材料一百倍”

李賢煥

李劍宇憑借其在生物材料領域取得的一系列成果，榮膺2019年《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創新35人”中國區得主。

獲獎時年齡：31歲

獲獎時職位：加拿大麥吉爾大學機械工程系助理教授

獲獎理由：為滿足生物醫療需求，他讓生物材料更接近人體組織。

2019年12月14日，《麻省理工科技評論》公布了2019年“35歲以下科技創新35人”（Innovators Under 35 China）中國區榜單。在本屆榜單上，雖然缺失了“創業家”的身影，但是我們看到了許多在具有產業化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人，也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們，用自身不改初心的堅持努力，取得了世界級標竿成就的科研成果，其中有超過半數以上的獲獎者，都取得了世界級的突破性研究成果與發現。我們將陸續發出對35位獲獎者的獨家專訪，介紹他們的科技創新成果與經驗，以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

隨著全球人口老齡化的加劇及各種醫療挑戰的出現，讓生物材料的重要性日益凸顯。如今硬質生物材料已經在醫療領域被廣泛使用，比如鈦合金、陶瓷替代牙齒和骨骼的技術已經非常成熟，但在軟組織醫學方面，現有的生物材料還遠遠無法滿足臨床應用的需要，比如用于創傷止血、傷口愈合、關節軟骨和椎間盤修復等等，其中的關鍵原因在于以往的軟質生物材料的機械性能遠低于生物組織，比如難以形成有效可靠的組織粘附。

現于加拿大麥吉爾大學機械工程系任助理教授的李劍宇及其團隊，采用包括材料、力學、化學、仿生和生物工程在內的多學科交叉的方法，開發了多種新型生物材料，可作為高強度生物膠水用于替代手術縫合線閉合傷口，高性能仿生植入材料用于關節軟骨和椎間盤修復，新型止血材料用于控制大出血。

這些新材料的性能遠超既有的材料，比如它們的組織粘附性能是現有材料的100倍以上，同時具有出色的生物相容性，而且能實現藥物控釋、細胞遞送等功能。

關于Innovators Under 35 China榜單

自1999年起，《麻省理工科技評論》每年都會推出“35歲以下科技創新35人”榜單，旨在于全球范圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神，以及最有可能改變世界的35位年輕技術創新者或企業家，共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017年，該榜單正式推出中國區評選，遴選中國籍的青年科技創新者。新一屆2020年度榜單正在征集提名與報名，截止時間2020年6 月30 日。詳情請見文末。

在傷口修復方面，李劍宇表示目前使用的基本都是“惰性”材料，為傷口提供基本的保護，但沒法促進傷口愈合。而他的團隊開發新型生物材料是一種具有生物力學活性的物質，讓材料更加聰明，將其用于傷口修復時，它不僅能夠保護傷口，同時還能對組織施加一定的外力，來促進傷口的閉合。

目前，李劍宇課題組的研究方向包括將生物材料用于軟骨和椎間盤修復。人在衰老過程中，關節、椎間盤等軟組織易出現問題。目前的治療方案通常會采用金屬、塑料等硬質材料植入體內，用以修復或代替受損軟組織。但問題在于，這些硬質材料的生物力學性質和含水量與原本的軟組織相去甚遠，長期使用會有較大的生物相容性問題，甚至會造成臨近軟組織的病變。這正是目前的軟組織醫學所遇到的困境之一。

李劍宇在頒獎典禮上做演講

李劍宇希望以更加仿生的生物材料，做到不僅在化學性質上接近人體組織，同時也在機械性質、生物活性上做到與健康的人體組織相近。他將新型生物材料形容為“像果凍一樣”，其含水量和人體組織相當，同時在機械性質上也能做到和人體組織差不多，甚至優于人本身的組織。李劍宇解釋稱，上述提到的應用場景：具有活性的止血材料、生物膠水和修復關節軟骨的生物材料，其共同點是其涉及到的組織都是人體軟組織，硬度較低的同時還富含水。他希望未來的生物醫學材料，不但能夠取代手術縫合線來修復傷口，而且能像假牙修復牙齒一樣，安全高效地修復關節軟骨和椎間盤等各類軟組織。

李劍宇最早在浙江大學讀本科時專業是材料與工程，而在美國哈佛大學修讀博士時，研究方向則更加側重材料力學。再到博士后階段，李劍宇的研究方向則進入到了生物材料和生物工程領域，其個人的獨特求學過程，讓他擁有一個跨學科交叉的背景。而在研究工作中，這一背景也讓他能以一種非傳統的角度和方法開發新材料，比如從仿生的理念出發，研究生物組織本身的性質，再結合多學科交叉的方式打造新的材料，重塑生物組織本身的性質，滿足實際生物醫療需求。

在李劍宇看來，從開始博士生涯到如今的9年時間，他的研究工作從最早的基礎研究到如今正一步一步接近最終的實際應用。在9年前，李劍宇還認為這僅僅是一個傳統的科研工作，而隨著后來的論文產出、成功申請專利等進展，研究工作的正向推進，讓李劍宇逐漸看到了將這項技術直接用于患者治療的巨大潛力。

目前，李劍宇團隊專注于這些新型生物材料的優化和臨床前測試，下一個里程碑目標是將該材料技術推向臨床轉化和商業應用。