心無旁騖做科研 科學注入“心”動力
——記上海交通大學儀器科學與工程系教授楊明

吳應清

楊明

心臟是人體動力的源泉。其作為體內血液循環的核心，每一次跳動，都在為人體的新陳代謝注入新鮮的養分。如今，心腦血管疾病對人體的危害愈加嚴重，在中國14億人口中，心血管疾病患者數量龐大，截至目前已達到3.3億。除此之外，我國心臟病的發病率位居全球第一，并且死亡率持續上升。在這種社會形勢下，加強對心血管疾病的研究與治療輔助，意義重大。

眾所周知，心臟移植是治療終末期心衰患者的最有效手段之一。然而，因為供心緊缺加之治療價格昂貴，不少終末期心衰患者未能真正等到供心到位的那一刻。而這時人工輔助心臟便成為大多數人的選擇。上海交通大學儀器科學與工程系教授楊明主要的研究領域就集中在機械循環支持的研究與開發，如人工心臟輔助的研發等。一輩子專注于一件事，在心臟病治療器械的研究中，楊明找到了引領其不懈奮斗的初心與理想，并在這項事業中一步步實現著人生的價值。

與醫工交叉結緣

生于20世紀60年代，雖然當時的社會經濟不是很發達，但是楊明的父母很重視對孩子的教育。當時，高中畢業后的楊明，對新事物表達了強烈的好奇心，特別是對光學機電及計算機集成技術，展現了濃厚的興趣。等到高考時，楊明的父母選擇尊重他的意見，讓他根據自己的興趣，選擇自己喜歡的專業。興趣是最好的老師，楊明相繼考入東北重型機械學院（現燕山大學）檢測技術專業、西安交通大學電磁測量專業和天津大學精密儀器及機械專業，完成本科、碩士和博士階段的學習，并在博士階段，迎來了自己人生的轉折點。

在這一階段，楊明在導師的引導下，選擇大膽走出舒適圈，在超聲電機領域開展全新的科研探索。勇敢跨領域研究，雖然讓楊明經歷了一系列的困難與坎坷，但是卻給了他更多嘗試新事物的勇氣與決心。“在此之前，可能我不那么敢于邁出腳步來做一些事情，如果沒有那個過程的話，也許自己就會被限制在過去知識的小圈子里了。”楊明說。

在此之后，楊明探索的腳步仍未停歇。1998年，他結束了在南京航空航天大學超聲電機研究中心的博士后研究工作，并通過這一階段的積累學習，在超聲電機結構設計、超聲電機實時檢測與控制技術、基于超聲電機的主動檢測技術、超聲電源等方面研究中積累了豐富的經驗。

為了能夠接觸到更多科學前沿研究，2002年，楊明開始在英國利茲大學從事應用于人工心臟肌肉的超聲器件研究，致力于通過自己的研究工作，為心臟病患者開辟一條康復通道。“一開始我并沒有準備做醫學相關的研究工作，現在做醫工交叉研究，也許是冥冥中的緣分吧。”楊明說。多年來，他在不同的科研環境中，心無旁騖地開展研究工作，為他今后投身相關領域研究奠定了堅實的基礎。

人工心臟打通患者康復之路

撇去浮躁、甘于寂寞，是楊明從事科學研究一直堅守的心態。在楊明看來，從事科學研究一直面臨著兩個選擇。“科學家可以選用以往比較成熟的技術開展研究工作，所借鑒的東西也就更多。而獨辟蹊徑、開發更加新穎的技術應用在相關研究領域并解決問題，就需要攻克底部以及后端的技術問題。”他說。而后者更需要科學家有強大的恒心與毅力進行科研攻關。

腳踏實地，靜心科研。近幾年來，通過對相關領域進行研究探索，楊明團隊發現：壓電超聲電機輸出轉速與人體自然心率工作范圍一致，但是一般商業化壓電超聲電機主要應用于精密光學儀器設計，并不適合心室輔助的場景，有大量的技術問題需要克服。只要攻克相關的科研問題，新型的壓電超聲動作原理可望解決電磁原理對人工血液循環支持的限制。為了能夠通過科學研究的力量真正為心臟病患者帶來康復的希望，楊明和研究團隊展開了一系列全新的科研嘗試。

為了克服目前電磁力驅動人工心臟存在的限制，楊明團隊在國家自然科學基金、國家科技部“863計劃”、上海市科委等的資助下，將新型動作原理和仿生機構設計應用在體外模擬中，研制出了兩種可用于心功能恢復治療的新型人工心臟輔助裝置原理樣機，目前已實現在全心動周期模擬自然心臟內血流，并可與自然心臟精密同步，與核磁共振兼容，與最新商業化人工心臟尺寸相近。這些技術不僅可以大幅降低現有人工心臟對血液的損傷，避免人工心臟與自體心臟不匹配導致的并發癥，同時還能增加心功能恢復的機會。

長期以來，人工心臟被譽為“醫療器械皇冠上的寶石”，其主要功能是利用生物機械手段部分或全部替代心臟泵血功能，維持患者的血液循環，是治療終末期或重癥心衰患者的有效治療手段，也是代替心臟移植的唯一有效治療手段。但是植入人工心臟后相關并發癥的問題，一直困擾著其相關功能和效用。

在這一背景下，楊明團隊成功研制出了人工心臟血泵功能樣機，其外形尺寸和目前國際上最新磁懸浮離心血泵尺寸相當;血泵出入口具有類似左心室流入道和流出道的仿生結構，在仿心動周期作用下能模擬出自然左心室完整搏動周期內的漩渦流場。在后載荷100mmHg的條件下，可輸出每分鐘3L的血流量;在體外模擬循環裝置中，利用來自模擬心臟的同步觸發信號實現了在模擬心室舒張期的精準相位反搏泵血。

使用這款人工心臟血泵的優勢在于，如果患者心功能恢復滿足撤出血泵條件，就可避免心臟移植;如果無法得到供體移植，也不能滿足撤出血泵的條件，那么血泵長壽命工作和較少的并發癥，也可以保證患者有較高的生存質量和較輕的醫療負擔。“這樣，人工心臟可望更好地服務于心衰患者的治療需要。”楊明解釋道。

培養交叉學科人才

科學研究往往要付諸實踐才能真正將理論與應用的環節打通。特別是對工科研究而言，一切科研想法都要通過實驗進行證實，而這時候就需要交叉學科的力量。“特別是超聲電機領域的相關研究涉及機械結構、摩擦材料及檢測等方面的知識，更需要集合不同專業學科的相關人才協同攻關，僅僅靠一個人是做不來的。”楊明說。在他看來，如果科研團隊對某一個領域有欠缺，可能阻礙整體研究的推進，甚至沒有能力將其繼續下去。

一路走來，楊明十分感謝和自己一起共同開拓創新的科研人員，而作為團隊的帶頭人，楊明也希望能夠培養出更多交叉學科的科研人才。“雖然對本科生找工作而言，更需要專業化的培養。但是對研究來說，仍舊非常需要多學科知識的交叉，只有這樣才能走出固有知識的框架，更好地將相關技術推向應用。”楊明說。

除此之外，楊明還認為：對學生科研興趣及獨立思考能力的培養至關重要。在他看來，每位學生的天賦差異是很大的，這時候就需要老師在更多的場合下幫助自己的學生找到閃光點，激發他們的科研潛能。“老師要根據學生的特長因材施教，在科研任務的設置上也要根據每位學生的優勢進行合理安排，這樣才能最大限度發揮他們的科研潛能。”楊明說。而只要自己的學生走向社會或者科研崗位，能夠最大限度發揮自己的能力，為社會為國家作出自己的貢獻，便是他最為欣慰的事情。

科學創新講究水到渠成。二十余載春夏秋冬，楊明傾注了一腔心血和精力，未來他還將與研究團隊投身在心臟輔助裝置研究中，從底層研究的角度出發，研究人工心臟輔助裝置與血液的內在規律，更好地用科學研究為我國的心臟病患者帶去福音。一輩子研究一顆“心”，在這條研究道路上，楊明甘之如飴。