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【西安日报整版】西安交大徐峰团队“闭环”跨学科突围重塑医工创新生态

日期：2026-08-26 16:47 浏览量：

近日，在中国西部科技创新港，西安交通大学仿生工程与生物力学研究所（BEBC）实验室里，徐峰教授和几个年轻人围在实验台前，盯着屏幕上的数据，偶尔有人站起来在白板上画几笔——这是记者走进BEBC时，在实验室看到的一幕。隔壁的讨论区里，一名临床医生来到实验室，正跟一名工程师讨论问题——这是BEBC的常态。教授、医生、工程师聚在一起办公，把临床上的“问题”变成实验室里的课题，再将解决方案应用到医院去。

西安交大生命科学与技术学院院长、BEBC负责人徐峰教授带领团队这些年，逐渐搭起了一条从仪器到基础研究、再到临床验证和产教融合的完整链条，把一门叫“力医学”的学问，一步步推向了“数智力医学”的新阶段。

一种胶水的“多组织适配”之路

“BEBC的核心能力之一，是把力学问题引入医学场景，推动不同学科之间的交叉碰撞，让基础研究能够对接真实临床实际。”采访伊始，团队一名成员开门见山。随后，记者在采访中了解到，这一思路在最近一项多中心合作中得到了很好的体现。

交通事故、自然灾害引发的多组织复合创伤——肺、肠、皮肤、骨同时受损——向来是急救中的难题。对传统止血海绵、缝合线等方法构成巨大挑战——复杂伤口拓扑结构适配性差、急救耗时久，严重影响救治效果。“传统方法面对不同组织的不同力学特性，适配性差，急救时间被拉长。”团队成员介绍。

近日，由华南理工大学、西安交大BEBC、中日友好医院三家单位合作，在这个问题上找到了一条新路。对于传统生物胶水难以兼顾“多组织适配”与“力学动态响应”，团队突破了这一瓶颈：依托机器学习引导设计出“力自适应生物胶水（TuneGlues）”，实现多组织创伤的“一站式密封与固定”。

据介绍，研究团队以四种聚氨酯预聚物和两种交联剂为基础模块，借助机器学习模型，建立了一个“材料组成—力学性能—组织适配”的数据库，让胶水的弹性模量可以在8千帕到666千帕之间连续可调——软的能粘肺，硬的能粘骨。

BEBC 在里面做了什么？他们用微流控芯片模拟了肺组织的周期性拉伸、骨组织的压缩应力，在体外搭建了“力学战场”，专门测试胶水在动态载荷下能不能粘得住、会不会脱落。

验证了 TuneGlues 在不同组织界面的长期粘附性与生物相容性，打通“从实验室到病床”的临床转化关键环节。

“研究将机器学习优化的力学数据库集成至定制急救设备，可通过手机 APP 精准控制胶水挤出量。这套系统在实验动物多组织创伤模型中，仅需10‑15分钟就能完成一站式密封固定。”团队成员介绍，BEBC 从力学生物学视角解析“材料力学特性‑组织修复机制”的关联，为机器学习模型提供生物力学约束；依托微流控芯片实现高通量筛选与动态力学模拟，加速胶水配方迭代；临床团队的多组织创伤模型，验证了技术的实战价值，推动成果向“紧急护理装备”转化。

该成果最终刊发于《自然・生物医学工程》。但在BEBC团队看来，比论文更重要的是这次协作本身：机器学习团队负责计算，BEBC 开展测试，临床团队推进应用，三方形成完整闭环，这才是成果真正的价值。

从“2小时”到“15分钟”：一台PCR仪的“自我进化”

在BEBC，记者注意到一个有意思的现象：这支团队的研究人员学科背景多元，横跨多个研究领域。有学生物的，有学医的，还有不少人是学机械、学材料出身。

博士后张浩卿就是其中一个。他的科研起点是机械工程——结构设计、加工制造、系统控制、仪器实现，这些是他的老本行。加入BEBC之后，他带着这些能力一头扎进了生物医学工程领域，始终追问一个问题：一项高灵敏的检测技术，怎么从实验室方法变成真正能用、可推广的仪器系统？

他盯上的是数字 PCR。是继传统PCR、荧光定量PCR之后发展起来的新一代分子诊断技术，被形象地称为核酸检测（用于流感、乙肝等病原体分析的分子检测手段）的“显微镜”。跟普通 PCR 相比，它能实现痕量目标的高灵敏检测和绝对定量，精度高出一大截。但是市场现状是高端仪器长期被国外垄断，设备贵、体积大、流程繁琐，最关键的是检测时间——行业2小时以上。临床急诊等不了，基层用不起。

BEBC即时诊断团队

围绕这一痛点，张浩卿提出：能否在保持数字PCR高灵敏优势的同时，让检测过程显著缩短？他做了一个大胆的判断：数字PCR之所以慢，不是因为仪器跑不快，而是因为它“不会思考”。传统系统沿用的是固定热循环程序，每一轮都按预设时间执行，即使目标核酸已经完成了有效扩增，仪器仍然会机械地跑完所有循环。

他把人工智能引入了检测过程——让仪器实时“读懂”扩增反应的进展，根据反应状态动态调整热循环参数。荧光信号告诉你扩增到哪一步了，系统就据此判断当前循环是否已经完成有效扩增，然后自动缩短恒温时间、减少无效循环。简单说，就是把一个“固定程序驱动的检测工具”，变成了一个“数据反馈驱动的数智生物传感系统”。

结果很直观：检测时间从2小时压缩到了15分钟。

近日，这套技术帮他拿下了陕西省博士后创新创业大赛生物医药与大健康赛道的银奖，他也被评为西安交大医工交叉十大创新新人。

小型化数智PCR仪

记者了解到，他前期参与研发的手持式荧光定量PCR仪，受邀参加了科技部相关展出；基于闭环温度反馈控制的快速热循环技术，已经被三诺生物传感股份有限公司转化。依托国家医学攻关产教融合创新平台和TFX-西安交通大学生命健康研究院，项目正在持续孵化。

CKAP4“力学刹车”打造“力学治疗”范式

慢性难愈性伤口，尤其是糖尿病足溃疡——至今缺乏有效干预策略。问题出在哪里？徐峰团队与空军军医大学口腔医院李蓓、中国工程院院士赵铱民团队合作，在《细胞通讯》上发表的一项研究，给出了一个让人意外的答案：巨噬细胞“失聪”了。其核心病理缺陷在于巨噬细胞无法感知创面微环境中基质硬度的动态变化，导致炎症期无限延长。

“正常伤口愈合过程中，组织硬度会逐渐上升，巨噬细胞感知到这种力学变化后，会从促炎状态转向修复状态。但在糖尿病足溃疡里，巨噬细胞对硬度变化的感知能力出了问题，炎症期被无限拉长，伤口迟迟无法愈合。”

研究团队成员介绍。该研究从生物力学视角揭示了一个全新的机械感应负调控因子——CKAP4。研究发现，CKAP4的蛋白在其中充当了“刹车”的角色。这个蛋白把巨噬细胞响应基质硬度的阈值“抬”得太高了——正常情况下，巨噬细胞需要感受到24千帕以上的硬度才能启动修复程序；而CKAP4的存在，相当于把这道门槛设得太高，细胞迟迟迈不过去。

研究人员通过小鼠实验：靶向删除巨噬细胞中的CKAP4，相当于松开那个“卡死”的刹车，把响应阈值从24千帕降到了11千帕。结果，巨噬细胞在愈合早期就启动了修复程序，伤口闭合显著加速。更关键的是，团队设计了一种局部递送策略——将带有CKAP4沉默功能的AAV与水凝胶混合，直接用在糖尿病伤口上。这相当于不改变组织本身的硬度，而是修复细胞对力学环境的解读能力。徐峰团队把这种思路称为“力学治疗”范式。

一个“闭环”如何串起产学研用

采访中，徐峰教授向记者梳理了BEBC的逻辑——简单说就是四个环节串成一条链：科学仪器、基础研究、临床验证、产教融合。核心是“闭环”：临床需求带出研究问题，研究需要仪器支撑，成果通过产教融合落地，落地的过程中又发现新问题，再送回实验室。

徐峰教授向记者介绍相关研发过程

“力医学”是这个链条的理论底色——探究力学及相关物理场因素在生命活动和疾病中的作用机制。而“数智力医学”是它的升级版。徐峰特别强调：这不是“力医学+AI”的简单叠加，而是以数字智能为方法论，以生物力学机制为理论核心，让AI不仅“会拟合”，更“懂规律”。团队已经建起了力学信号时序数据库，从毫秒到数周的信号都能统一对齐；AI虚拟染色技术也在突破活细胞长期观测的瓶颈。

BEBC 的收获远不止科研这一面——

人才培养方面，徐峰领衔的交叉学科团队拿到过中国侨界贡献奖创新团队奖，培养出了3名国家级人才、10名国家级青年人才、20人次省部级人才，他自己也获得了首届“卓越青年研究生导师奖励基金”。

平台方面，BEBC依托国家医学攻关产教融合创新平台、生物医学信息工程教育部重点实验室等国家级平台，这几年新增、升级了几十台关键仪器。这些设备大多是团队自主研发的。原因很简单：市面上的商业仪器要么“可用但不适配”，要么干脆没有成熟方案。与其“跟着仪器走”，不如“带着问题开发仪器”。

多国青少年来到创新港BEBC参观

成果转化方面，BEBC 产出多项硬核成果：“力学重编程”子宫损伤修复临床有效率85.7%；发现激活 Piezo1通道可逆转肺癌肝转移免疫耐药，已在 14 家三甲医院开展合作验证；孵化企业研发的超声力学破壁仪跻身国内细分市场领先梯队；16分钟出报告的牙周炎椅旁快速诊断系统已取得医疗器械注册备案。“便携式数字超快核酸检测技术与装备”入选西安交大 40 项优质科研成果，亮相香港第四届国际创科展。

BEBC 平台活力凸显。省科技厅主办的首届医工融合成果转化实战营落地创新港，53个项目入营，徐峰与西安交大医学部主任、一附院院长吕毅受聘营长。英琪邀请企业与投资机构专家为项目把脉，科研、临床、企业技术人员同堂参训。