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今天是:

研究領域一:生物医学工程

(一)、生物力學工程

本方向圍繞人類健康和國民經濟的重大需求,將流變科學的理論、方法和技術與細胞生物學、分子生物學技術相結合,致力于力學環境/刺激對生命體(特別是心腦系統)的健康、疾病或損傷的影響,研究細胞及分子的力信號感知和響應機制,闡明生命體相關生理及病理過程中的力學和生物學耦合過程之間的相互關系。主要研究內容:1)分子、細胞及組織的生物力學&力生物學;2)心、腦血管系統病發生、發展過程中的生物力學問題。著重于:a.細胞、分子的力信號感知和響應機制;b.心(腦)血管系統病發生、發展過程中的應力時空模型及力信號傳導機制。

1、分子、細胞及組織的生物力學&力生物學

幹細胞是一類具有自我更新和多分化潛能的特殊細胞,不僅處于複雜的生物化學環境中,也處于複雜的力學微環境中,細胞間、細胞與微環境間通過力學、化學、生物學信號的交互對話,參與胚胎發生、傷口愈合、炎症反應、血栓形成以及腫瘤轉移等多種生理及病理過程。主要研究內容:1)幹細胞全能性(多能行)的生物學基礎及調控方法,包括幹細胞自我更新及分化的微環境和調控網絡、力學、化學及生物學因素對幹細胞分化的協同作用機理、體細胞去分化及再分化的機理及新技術、幹細胞及相關技術的安全級倫理問題等。2)幹細胞生物力學及力生物學的分子基礎,包括單個/群體幹細胞的生物力學特性研究(生理及病理狀態下細胞變性、遷移能力的改變對生物學功能的影響)、力學刺激下幹細胞的生物學響應(細胞的增殖、粘附、分化、遷移、凋亡等生物學行爲的改變)、細胞骨架的拓撲結構及骨架關鍵蛋白對細胞生物力學及力生物學行爲的影響、幹細胞表面蛋白/跨膜蛋白/胞內信號分子構象變化對力信號的感知、傳遞和轉導。

2、心、腦血管系統病發生、發展過程中的生物力學問題

心血管病死危害人類生命健康最嚴重的疾病之一。探討心血管病的發病機理從而進行有效的防治是國家的重大需求。心血管系統病變過程的生物力學問題包括心血管病變的信號轉導通路及力學調控途徑;血流動力學因素與心血管組織生物效應之間的關系;血流動力學因素與血管發育的關系;采用靶向性好、效率較高的TALEN、Cas9等DNA定點修飾技術,從血管發育的角度篩選與血管疾病和力學因素相關的基因;動脈粥樣硬化斑塊形成和破裂的生物力學及力生物學機制;人工血管替換和血管支架介入的血流流場和血管壁流變學性質變化的計算機數值模擬和植入物結構優化;支架植入後血管局部力學環境的改變對支架內再狹窄和晚期血栓形成的影響及其分子機理;支架內再狹窄、特別是血管重構與內膜增生狀態下血流動力學因素對內皮細胞、平滑肌細胞力生物學行爲的影響及機理;力學環境變化(剪應力)以及血管病變(動脈粥樣硬化)等因素所導致的血管內皮細胞表面分子間相互作用的動力學變化和生物力學特性的變化。

3、腦疾病的發生發展生物力學成因研究

圍繞腦卒中等神經重大疾病的幹預治療臨床需求,以微流控芯片、微電極陣列等新技術方法,研究神經細胞對電磁場、力場、溫度場等物理因子,以及營養因子、藥物形成等化學微環境的響應機制,從分子、細胞、組織多層次研究外界刺激對神經細胞生長及分化過程的調控,對神經元基因表達、離子通道、動作電位發放/傳播、功能網絡形成及信息處理等生理過程的影響,建立物理因子神經刺激的生物-物理模型;研究神經組織在原位治療過程中的細胞生長、分化過程,神經組織修複與再生進程中神經信號傳導與整合的動態變化過程,以及神經組織修複與功能重建的內在聯系。如:研究血腫應力對“豆紋動脈神經複合體”神經結構與功能的影響及其機制,擬從生物力學的角度探討“豆紋動脈-神經複合體”在高血壓腦出血後的核心地位和作用,以期爲臨床治療方式、時機的選擇及預後的判斷提供可靠科學依據。

(二)、細胞/組織與生物材料

本方向重點圍繞人類健康和國民經濟的重大需求,將流變科學的理論、方法和技術與細胞生物學、分子生物學技術相結合,致力于力學環境/刺激對生命體健康、疾病或損傷的影響,以生物流變學爲優化指導原則研發功能生物材料、人造生物組織替代物和生命系統器材與裝置。研究生物材料與細胞/組織相互作用及分子機制。主要研究內容:1)骨/關節生物醫用材料設計及應用;2)韌帶修複材料設計及生物流變學研究。著重于:a.骨/關節硬組織修複、替代材料設計新方法;b.基于生物流變學韌帶修複材料研發及力學調控機制。

1、骨/關節生物醫用材料設計及應用

(1)材料性質調控細胞流變性的基礎研究

利用自組裝技術、納米技術、表面圖案化技術和分子生物學技術等探索材料性質(表面化學、微/納米拓撲結構、表面能,材料力學,構造等)調控細胞(粘附、遷移及分化)流變性的影響規律;研究材料界面微環境調控細胞流變性和細胞行爲的基本規律和機制,爲設計能誘導合適細胞或組織流變性的生物材料或支架,即生物流變適應性材料或支架提供指導。開展钛合金界面微/納圖案化研究,發展新型構建技術,揭示細胞(成骨細胞/骨髓基質幹細胞)與钛合金界面的生物學響應規律及分子機制。開展钛合金材料藥械結合研究,建立抗菌/抗炎界面構建新方法,研發具有原位局部抑制骨質疏松發展的新型钛基植入體,以動物模型驗證、優化實驗設計。

(2)生物流變適應性材料及其應用

以生物相容性和生物流變適應性爲指導,設計制造具有仿生、形狀記憶、智能、抗非特異性蛋白吸附等功能的生物材料和支架,應用于骨組織、肌腱、血管的修複與再生,解析組織修複與再生的生物流變學機制,以期構建合適的醫用組織替代物;開展基于介孔矽/四氧化三鐵磁性納米顆粒的藥物控釋系統研究,建立合成不同粒徑、孔徑及形貌的納米顆粒的合成方法,開發針對腫瘤治療的響應性(pH、溫度、還原響應、光等)的納米靶向藥物控釋系統,體內外實驗驗證其有效性,探究細胞/組織轉運途徑及分子機制。

2、韌帶修複材料設計及生物流變學研究

包括重點研究軟組織損傷修複等的病理生理機制以及探索組織修複相應的防治技術和方法;組織修複中的生物力學研究--力學微環境與細胞的歸巢、分泌及分化;軟組織(如前交叉韌帶等)損傷與修複機理和基因調控;力學刺激下細胞生物學響應、細胞與材料表面間相互作用;力學微環境對幹細胞生長、增殖、分化及遷移的調節及相關規律;檢測細胞及其內部結構和力學特性的新技術和方法。

(三)、生物制藥工程

本方向將以生物力學爲優化指導原則,重點考察基于仿生過程的微納尺度生物傳質和組織修複中生物傳質現象,研究微納藥物控緩釋、分子跨膜傳輸的動力學過程、組織工程生物反應器等中的傳質規律,提出檢測不同尺度下生物傳質過程的新技術或新方法,基于仿生過程設計和優化微納藥物系統和組織工程生物反應器,主要研究內容:1)基于仿生過程的微納尺度生物傳質;2)生物反應器(如:組織修複)中生物傳質研究。著重于:a.納微給藥系統中傳質新技術&新方法;b.基于生物傳質的組織工程生物反應器設計與優化;c.基于微觀流變學的細胞膜表面傳質動力學過程;d.骨、韌帶等修複中生物傳質過程及其應用。

(四)、生物醫學信息與電子技術

本方向運用生物醫學電子、信號分析建模、微流控芯片的技術和方法,研究微電場、微流場、溫度場等物理因子對細胞的作用機制及細胞的生理響應,以及基于微流控芯片的臨床檢測關鍵技術,研究心腦血管系統、神經肌肉系統的力-電耦合機制及功能評價關鍵技術與方法,主要研究內容:1)微流控芯片上凝血功能檢測關鍵技術及臨床應用;2)心腦血管血流動力學特征檢測及病理/生理狀態評價方法;3)神經肌肉系統電-力耦合的動力學模型及臨床應用。著重于:a.微流控芯片上凝血功能檢測關鍵技術及臨床應用;b.腦血管血流動力學特征檢測及病理/生理狀態評價方法;c.神經肌肉系統電-力耦合的動力學模型及臨床應用。

研究領域二:生物学

(一)、微生物學

微生物是工業發酵、醫學衛生、生物工程等領域的基礎,在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中是能源資源和環境保護技術、生物技術等戰略領域的重要內容,涉及到農業、食品和醫藥衛生等行業中的優先發展主題。本學科以殺蟲真菌爲生物模式系統,主要研究內容集中在:(1)殺蟲微生物重要性狀形成機制研究與殺蟲微生物農藥研制;(2)食源性病原微生物的致病機制及快速監測技術研究;(3)釀造微生物及應用技術研究。

(二)、植物學

植物學主要集中在植物重要功能基因的發掘和應用、植物的生長發育過程及其調控分子機制研究等,以期爲農作物品種改良、農産品的成熟衰老調控提供重要依據。農作物遺傳改良和農産品成熟衰老機理及物流技術研究被《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》確定爲面向國家重大戰略需求的重點內容。本學科以番茄、馬鈴薯和水稻爲模式生物,研究集中在:(1)植物激素調控植物生長發育的分子機制研究;(2)農作物品質形成機理及遺傳改良研究;(3)農作物抗逆性調控分子機理研究;(4)農産品冷鏈物流技術研究。

(三)、遺傳學

遺傳學的研究方向主要集中在進化與功能基因學,重點開展生物性狀形成的分子機制和特異基因功能研究,轉座子的鑒定和比較基因組學研究。本學科研究以家蠶等昆蟲爲模式生物,研究主要集中在:(1)家蠶馴化性狀的分子解析;(2)昆蟲比較與進化基因組學研究;(3)家蠶及其它昆蟲重要功能基因發掘及利用研究。

(四)、生物化學與分子生物學

本學科致力于從分子水平揭示生命現象的本質,本學科是當今生物學研究的前沿和熱點。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中,基因操作和蛋白質工程技術研究被確立爲優先發展的前沿技術和重大科學研究計劃,人類健康與疾病的生物學基礎爲面向國家重大戰略需求的基礎研究。學科團隊根據國家需求,選擇既具有重要理論意義,又對國民經濟發展有重大價值的課題開展研究,本方向研究主要集中在:(1)生物體內重要蛋白質的功能研究;(2)生物體內的基因表達調控機制研究;(3)基因工程技術研究;(4)重要疾病的分子調控機制研究。

(五)、細胞生物學

细胞生物学主要从细胞、亚细胞和分子水平三个层次上,研究细胞的结构、功能和各种生命规律,揭示各种疾病的发生、发展过程及其分子机制。本方向主要研究内容包括:(1)应用基因干涉、基因编辑等生物技术阐明血管稳态与重构过程中的分子调控机制,揭示缺血性心血管疾病发病机制,探讨建立针对缺血性心血管疾病治疗的血管再生治疗新方法;(2)解析肿瘤发生发展过程中肿瘤血管新生以及肿瘤代谢的调控机制,为肿瘤临床早期诊断以及预防治疗提供新的诊断方法和治疗靶点;(3)非编码RNA (Non-coding RNA, ncRNA)在肿瘤转移中的分子调控机制以及ncRNA对成体干细胞和肿瘤干细胞的调控机制研究,同时探讨ncRNA在血管再生治疗和肿瘤治疗方面的生物医药应用研究。(4)肿瘤细胞、干细胞力学生物学行为的调控及机理研究。

(六)、生物物理學

生物物理學是物理學與生物學相結合的一門交叉學科,主要應用物理學的方法研究生物各層次結構與功能的關系、生命活動的物理化學過程及物質在生命活動過程中的表現等,闡明生物在一定的空間、時間內有關物質、能量與信息的運動規律。這一領域的研究不僅關注生命科學基本問題的闡釋,也涉及有關轉化醫學和生物儀器設計的應用基礎研究。本方向主要開展研究:(1)利用光、電等物理傳感信息在組織、細胞、分子層面展開生物學研究;(2)构建纳米粒子、纳米器件与芯片在組織、細胞、分子層面展開生物學研究;(3)应力/应变与细胞生长行为调控及力信号转导机理的研究。