江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室

江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室依託於東南大學、南京微創醫學科技有限公司和東南大學附屬中大醫院，以微納生物醫療器械的設計理論、製造工藝、性能檢測等共性關鍵技術為主要研究方向，開展血管支架、微流控生醫檢測晶片和單分子感測器的研究。研製具有自主智慧財產權的微納醫療器械產品，打破國外產品的壟斷，制定相關標準，從而不斷提升江蘇微納醫療器械製造企業的創新能力和核心競爭力。

基本介紹

• 中文名：江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室
• 位置：東南大學九龍湖校區機械樓二樓
• 現有教授：5人
• 實驗用房：1000平米

發展歷程

江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室現有教授5人、副教授4人、研究生近100名，擁有各種先進的微細加工系統和分析測試系統。實驗室先後完成了國家973前期預研項目、自然科學基金和863計畫等數十項縱向及大量橫向科研項目。獲得了江蘇省科技進步一等獎一項、江蘇省科技進步二等獎、三等獎多項，取得了良好的社會、經濟效益。

江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室位於東南大學九龍湖校區機械樓二樓，已建成實驗用房1000平米，其中建成150平米醫用萬級超淨室和180平米恆溫恆濕超淨室；同時在共建單位南京微創醫學科技有限公司建有實驗與檢測場地300平米。

東南大學九龍湖校區機械樓

實驗室的建設和運行管理實行東南大學直接領導下的主任負責制。管理委員會成員由江蘇省科技廳、東南大學和南京微創科學技術有限公司有關人員組成。實驗室主任是最高行政和業務負責人，組織重大項目的申請與實施，制定實驗室的發展規劃，由東南大學聘任，任期四年。

自2003至2008年間，總共完成並承擔國家863項目、國家973預研項目、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金項目十餘項，並與美國加州伯克利分校等國內外多家科研單位以及相關企業建立了長期合作關係。

實驗室主任為易紅教授，副主任為陳雲飛教授與倪中華教授。

歷史沿革

該實驗室前身是東南大學機械工程系204學科組，2006學科組合併後，隸屬於東南大學機械工程學院機械製造及自動化系。

實驗室分為兩個課題組，其中微納機電課題組成立於2003年，專門從事微納機電器件、微流體動力學和微尺度傳熱方面的研究工作；微納生物醫療器械課題組成立於2004年，主要從事心臟血管支架以及生物晶片的研製與開發。自2008年起，兩課題組合併，正式成立江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室。

研究方向

[1]微納醫療器械的工藝仿真。基於原子模型的動力學蒙特卡羅、元胞自動機等方法開展面向複雜三維微結構的複合加工工藝仿真計算與實驗方面的研究。內容包括微納醫療器件的體微加工表面形貌形成機制與質量控制、反應離子加工、薄膜沉積、刻蝕中表面活性劑的作用及解釋。本方向將探索微納醫療器件新工藝和新方法，研究微納加工方法的機理及其多尺度仿真模型，開發微納醫療器件的設計工具和系統集成技術。

[2]微納流體動力學參數測量。在生醫檢測時，大多以非接觸模式原子力顯微鏡(AFM)來進行測量，為了有效提高原子力顯微鏡在非接觸模式下探針控制系統的穩定性，研究主動型探針需搭建生醫樣品的感測與檢測環境、探針驅動控制系統、探針振幅感測系統以及探針諧振因子測量系統；設計出適用於空氣、水溶液及真空的泛用型非接觸式原子力顯微鏡系統。用於檢測生物分子與流體分子間作用力，實現對單分子流體感測器的性能評價，以及進行納米材料、納米薄膜、微流控晶片等的觀察與檢測分析。

[3]微納醫療器械的製造平台。（1）以微流控晶片為研究對象，基於“微全分析系統”概念，研究通過介電泳技術對全血樣中的生物細胞進行快速標定、分離、隔離，通過對目標細胞進行自動檢測與分析的機理及方法，提出一套切實可行的工藝方法和理論模型。 （2）以單分子感測器為研究對象，研究納通道的製造工藝，包括納米線模板工藝和電子束光刻工藝，設計、製造出基於場效應管的納通道單分子感測器。

[4]微納醫療器械的製造平台。以微創醫用血管支架為研究對象,研究飛秒雷射的加工工藝和機理，搭建飛秒雷射加工平台；採用飛秒雷射加工藥載血管支架，研究飛秒雷射加工過程中能量傳遞機理；通過對加工機理的研究，帶動機械製造學科向先進制造、極端製造方向發展，推動微納製造在醫療器械加工方面的套用水平。

[5]微納醫療器械的納米模擬。本實驗室將開展分子動力學、從頭算分子動力學、蒙特卡洛、數值算法的基礎理論研究工作，基於並行機群，進行低維結構、微納流體、固液界面、微尺度傳熱方面的數值模擬工作；開展納通道內蛋白質輸運的分子動力學仿真；研究納米通道尺寸小於雙電層厚度時，基於連續理論的泊松-玻爾茲曼方程和納維-斯托克方程的適應性問題。

[6]微納醫療器械設計理論。 在微納米尺度下, 材料的力學性質如彈性模量、斷裂強度及表面間摩擦力等因受到尺度效應、表面效應的影響而與巨觀差異很大。了解微納材料與結構的力學行為對於微納醫療器件的設計最佳化是必要的，相關研究是理論和工程界共同關注的前沿問題，也是發展微納米尺度力學學科的基礎。本實驗室開展將從事M/NEMS標準件庫、標準加工工藝方面的建模與整理工作，為微納製造工業界服務；在購買一批商業化設計軟體的基礎上，從事設計軟體的二次開發，研發一批具有自主著作權的微納醫療器械的設計軟體。

合作交流

國際高校合作：

◆Vanderbilt University，2001年~迄今，與Li教授合作，開展微納流體、微尺度傳熱方面的研究工作，發表學術論文10多篇（Department of Mechanical Engineering, Vanderbilt University, Nashville TN, 37235-1592）

◆University of Pennsylvania，2004年~迄今，與Lukes教授合作，開展微尺度傳熱的研究工作，合作發表學術論文5篇（Jennifer R. Lukes, Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics, Philadelphia）

◆University of California, Berkeley (UCB)，2001年~迄今，與Majumdar教授合作，開展微納流體、微尺度傳熱方面的研究工作，發表學術論文5篇（Arun Majumdar, Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, California, 94720, Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Lab, Berkeley, California, 94720）

◆University of California, Riverside (UCR), 2007年~迄今，與Dames教授合作，開展納米線和納米管的熱電光特性研究工作（Chris Dames, Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, California, 92521）

◆University of California, Santa Barbara (UCSB)，2007年~迄今，與Israelachvili教授合作，開展微系統及納米材料/結構/器件的研發（Jacob Israelachvili, Department of Chemical Engineering, University of California, Santa barbara, California, 93106）

國際學術交流：

◆先後派出6名課題組的年輕同志出國和出境進行高訪、博士後、進修；

◆有3人次擔任國際重要學術會議的組織委員會委員、學術委員會委員、國際顧問委員會委員；5人次擔任分會場主席。

◆邀請10名國際上著名教授來東南大學講學與學術交流；

◆有15人次出席國際重要學術會議。

研究成果

東南大學微納醫療器械工程研究所通過多年的研究，在醫用血管支架和非血管支架的結構最佳化設計、支架完整擴張過程的非線性有限元分析以及擴張過程仿真和實驗等方面進行了大量的研究，並取得了一些研究成果，授權國家發明專利1項、授權實用發明專利2項，公示國家發明專利4項。

1.研究所承擔或完成的項目有：

國家自然科學基金項目“載藥納米顆粒與血管支架自裝配機理和方法的研究” （項目號：50475074）

教育部重點項目“納米顆粒載藥塗層支架的研究與開發”（106083）

江蘇省自然科學基金項目“面向介入治療的血管支架數位化設計及偶合擴張過程研究”（BK2005072）

2.發表的技術論文：

在IEEE-EMBS、《Nano Letter》、《Science　in China, E》、《中國機械工程》、《機械工程學報》、《中國生物醫學工程學報》等國內外核心期刊上發表與本課題相關的SCI或EI檢索論文數十篇，發表國際會議論文6篇，所發表的論文有一篇獲南京市第六屆自然科學優秀學術論文獎二等獎