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今日啟明星

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邱家軍

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所副研究員

作者序

認(rèn)識邱家軍是2024年12月22日在上海市刑事科學(xué)技術(shù)研究院承辦的啟明星材料科學(xué)論壇上，那次論壇邀請到的幾位嘉賓演講的主旨報告質(zhì)量非常高。在我的理解范圍內(nèi)，稱得上顛覆性創(chuàng)新的都不止一項。國內(nèi)這類學(xué)科研討會參加過不少，但像啟明星材料分會組織的這次論壇質(zhì)量之高令人至今難忘。因此，我對會議組織者——啟明星材料分會劉宣勇會長以及他團(tuán)隊里的幾位得力助手的能力印象深刻，這其中就有2024級星友邱家軍。

近期在物色啟明星采訪人選時，看到幾篇對我國科學(xué)家在《自然》（

Nature

以上也促成了此次在中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（以下簡稱“上硅所”）對邱家軍的采訪。

采訪之前，家軍引我看了走廊里貼著的“生物材料表面與界面課題組”介紹，而后又跟著他看了課題組的一些科研裝置，我們在一臺等離子體浸沒離子注入設(shè)備前停留了幾分鐘，家軍介紹這臺國內(nèi)研制的表面改性裝置對課題組的科研推進(jìn)助力很大，一些關(guān)鍵的研究成果都與這套裝置有關(guān)。

從硬組織修復(fù)拓展到軟組織修復(fù)

剛坐定，家軍就回應(yīng)我問起的近期他們團(tuán)隊這兩篇文章有哪些有意思的內(nèi)容。他說，簡單歸納的話，這些工作涉及的硬組織和軟組織修復(fù)就是劉宣勇老師帶領(lǐng)團(tuán)隊近年來致力的研究方向——從前些年聚焦于骨科、口腔植入物等硬組織修復(fù)拓展到皮膚軟組織修復(fù)。

目前團(tuán)隊的著力點主要是通過對植入物進(jìn)行表面改性，賦予植入物材料（尤其是鈦金屬材料）表面成骨與抗菌功能，而在軟組織修復(fù)方面，涉及皮膚、神經(jīng)等。上述兩篇文章之一就是針對糖尿病創(chuàng)面難愈的問題，通過促進(jìn)神經(jīng)和血管再生，加速創(chuàng)面愈合。家軍告知，糖尿病患者創(chuàng)口難愈是比較普遍的問題，目前臨床還沒有十分有效的解決辦法。因此，研發(fā)糖尿病創(chuàng)面用的水凝膠敷料意義重大。

“以后的日子都是好日子”

1990年出生的邱家軍來自江西吉安，那是一個自然環(huán)境優(yōu)美，歷史上出過歐陽修、文天祥等名人，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對滯后的地方。家軍的爸媽都是農(nóng)民，他上有哥哥、下有妹妹。兄妹三人從小學(xué)三、四年級起到高中畢業(yè)都是家里十幾畝地農(nóng)活的主要勞力和幫手。

說到父母對自己的影響，家軍說父母就是那種典型的中國農(nóng)民，特別能吃苦，特別勤勞，父母這一代莊稼人為家人能吃飽穿暖，一輩子勞作實干的日常也成了他們兄妹人生成長中最厚的一本教科書。

“他們的行為會影響我們，我們從小就會自覺分擔(dān)農(nóng)活。插秧，收割水稻，種西瓜、甘蔗，什么都干。”

每年六、七月份是搶收早稻、搶種晚稻的時節(jié)，被稱為最繁重農(nóng)活的“雙搶”，要趕在立秋前把十幾畝地的水稻一顆顆割下來，收割完水稻后馬上要把十幾畝晚稻種上去。前后近一個月的時間全家出動，頭頂烈日，赤腳在稻田里忍受螞蟥、蚊蟲叮咬，這些都是家常便飯。

7歲多起就參與農(nóng)活的邱家軍說，他那時看著這一片十幾畝的稻田甚至?xí)芙^望，后來他學(xué)會把大目標(biāo)拆解成多個小目標(biāo)，把每天要完成的任務(wù)分成幾塊，目標(biāo)小了，就容易看到希望。每天收割好的稻谷還得馬上從田里運(yùn)到家附近的谷場上去曬，有時遇到下雨還得趕緊從農(nóng)田趕回家里去收。除了農(nóng)活，家軍和哥哥還要負(fù)責(zé)做飯，一個負(fù)責(zé)燒柴火，一個負(fù)責(zé)淘米做飯。因此，家軍兄妹都非常珍惜能在課堂里上課的時光，感覺讀書好幸福，至少不用曬太陽了。

“這段經(jīng)歷練就了我吃苦的能力和對于艱苦環(huán)境的耐受力。這也是我以后能扛得住壓力和困難的內(nèi)力所在。對經(jīng)歷了‘雙搶’的我們而言，以后的日子都是好日子！”

處理好學(xué)生會與學(xué)習(xí)的關(guān)系

能力和學(xué)習(xí)效能都得到提升

邱家軍初中時學(xué)習(xí)有了較大的進(jìn)步，從初一的年級100名左右到初三時的前10名。永豐縣有兩所高中，一所是省重點永豐中學(xué)，一所是永豐二中。中考填報志愿時他擔(dān)心進(jìn)不了永豐中學(xué)重點班，因此填報了永豐二中，中考成績揭曉后他的成績排在全縣第58名，那時的政策是全縣前100名自動進(jìn)入永豐中學(xué)，如此家軍得償所愿。

家軍一個明顯的特點是善于與人交往，而這種似乎與生俱來的性格在他小學(xué)階段就顯示了出來。小學(xué)時他是少先隊隊長，初高中時是班長，高中到研究生都是學(xué)生干部。高中時老師讓他做校學(xué)生會主席，這個畢竟是要占用學(xué)習(xí)時間的，開始有點猶豫的他后來還是答應(yīng)了，他也在這個過程中學(xué)會了如何處理好學(xué)生會工作與學(xué)習(xí)的關(guān)系，既鍛煉了能力，也提高了效率和專注度。因為常年擔(dān)任學(xué)生會主席，他的組織策劃、資源協(xié)調(diào)等能力都得到了鍛煉。

家軍提到，高考填報志愿時他是先選地方，再選學(xué)校。他說他只考慮了北京，因為北京是首都，2008年夏季奧林匹克運(yùn)動會就在北京舉辦，他想去北京見見世面。最終，他圓夢北京，順利被中國礦業(yè)大學(xué)（北京）錄取，專業(yè)是材料科學(xué)與工程，也是那時起他與材料發(fā)生了關(guān)聯(lián)。

想到中國最先進(jìn)的地方去看看

家軍與上海結(jié)緣，或者說改變他人生事業(yè)走向的變化發(fā)生在大三暑假。那時他參加了上硅所在中國科學(xué)院大學(xué)做的研究生招生宣講，陸彩飛老師的介紹給他留下了深刻的印象，他了解到上硅所每年暑期會在上海組織夏令營活動，通過遴選參加夏令營活動有望獲得“保送上硅所讀研”的機(jī)會。如此，家軍隨后就報名并通過遴選參加了上硅所的夏令營活動。通過夏令營期間的講座學(xué)習(xí)和實驗室參觀，他感受到了上硅所濃厚的學(xué)術(shù)氛圍。

大四時因?qū)I(yè)成績在材料科學(xué)與工程系排名第二，他成功拿到了中國礦業(yè)大學(xué)（北京）的保研資格。2014年，家軍如愿來到上硅所直接攻讀博士學(xué)位。第一年是在合肥的中國科技大學(xué)上基礎(chǔ)課，2015年8月來到上硅所劉宣勇老師所在的生物材料表面與界面課題組，在劉老師的指導(dǎo)下開展科學(xué)研究。用他的話說，選擇上海也是想到中國最先進(jìn)的地方去看看。

邱家軍參演舞臺劇《晶體般閃爍的名字》（左一為邱家軍，飾演丁肇中先生）

從純材料轉(zhuǎn)向醫(yī)用生物材料

唯有惡補(bǔ)課、勤探索

“進(jìn)門”之初，家軍就感受到困惑和難度。本科他學(xué)的是純材料，而研究生是醫(yī)用生物材料，涉及細(xì)胞、細(xì)菌、實驗動物等，很多都是需要重新學(xué)習(xí)的內(nèi)容。從學(xué)科來講，涉及材料學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等專業(yè)門類，很多學(xué)科對他而言都是陌生的。因此一開始的那段時間他都把精力用在了補(bǔ)課學(xué)習(xí)上，還向師兄師姐請教。

一到課題組，家軍即進(jìn)入論文課題——鈦表面石墨烯基涂層構(gòu)建及其生物學(xué)性能研究。他要做的工作是在鈦表面制備石墨烯基涂層，以賦予其成骨和抗菌功能。首先要解決的是如何在鈦表面構(gòu)建石墨烯基涂層，這就讓他無從著手。本科所學(xué)的只是掌握書本上的知識概念而已，而科學(xué)研究是要創(chuàng)造，要有新發(fā)現(xiàn)，做出新東西。這跟本科階段的學(xué)習(xí)知識是兩碼事。盡管師兄師姐有做過相似的工作，但和他的課題路徑、目標(biāo)不一樣。

為了做出這個涂層，他嘗試了很多方法，經(jīng)過半年左右的時間才慢慢摸索出采用電泳沉積技術(shù)制備石墨烯基涂層，課題得以推進(jìn)。進(jìn)一步就要探索這個涂層的生物學(xué)效應(yīng)，當(dāng)時劉老師和他商定博士論文就圍繞揭示和闡明石墨烯基涂層的成骨和抗菌機(jī)制開展研究，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)石墨烯基涂層改性的牙種植體。

所幸的是，盡管初入門時困難重重，課題進(jìn)行中也時有“關(guān)卡”需要跨越，但最終家軍還是一關(guān)關(guān)闖過來了。過程中，導(dǎo)師的指點讓無助時的他感受到暖意，“劉老師會及時地給我回應(yīng)，哪怕很晚向他請教，他都會很快回復(fù)，給出指導(dǎo)意見。知道我受困于石墨烯制備中的一些技術(shù)難題時，劉老師就幫著聯(lián)系了其他課題組老師，讓我去請教學(xué)習(xí)”。

博士課題歷練的最大收獲是真正入了門

圍繞博士課題開展研究前后整整4年，但產(chǎn)出也是豐碩的：探究并闡明了不同層數(shù)、含氧官能團(tuán)種類、負(fù)載活性離子/藥物對石墨烯成骨和抗菌性能的影響規(guī)律和作用機(jī)制?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)研發(fā)了抗菌型種植體基臺，為治療種植體周圍炎提供了新的解決方案。依托上述研究成果，博士畢業(yè)剛進(jìn)入博士后工作站的邱家軍獲得上海市超級博士后激勵計劃資助（2019），支持他開展后續(xù)研究。

往后幾年里他先后入選中國科協(xié)青年人才托舉工程（2022）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（2023）、上海市青年科技啟明星計劃（2024），榮獲上海市科技青年35人引領(lǐng)計劃提名獎（2023）。而最大的收獲就是他由此真正進(jìn)入了醫(yī)用生物材料的研究之門。

參與國家重點研發(fā)計劃項目

研發(fā)創(chuàng)面修復(fù)水凝膠敷料

劉宣勇研究員團(tuán)隊合影（劉宣勇為二排左八，邱家軍為二排右五）

2022年，劉宣勇團(tuán)隊牽頭承擔(dān)了國家重點研發(fā)計劃項目“時序響應(yīng)調(diào)控炎癥組織微環(huán)境的抗菌促創(chuàng)面修復(fù)高分子水凝膠研制”。

皮膚是人體最大的器官，其覆蓋于體表，是人體抵御外界異物和細(xì)菌侵入的第一道屏障。我國每年約有80萬人死于嚴(yán)重創(chuàng)傷，約6200萬人次就醫(yī)，因創(chuàng)傷而發(fā)生的直接醫(yī)療費(fèi)用達(dá)到650億元人民幣，由此導(dǎo)致的死亡和殘疾對社會的影響呈上升趨勢。除了大量因燒傷創(chuàng)傷等各種原因引起的慢性難愈性創(chuàng)面患者，隨著人口老齡化，由疾病引起的各種慢性復(fù)雜性創(chuàng)面，如糖尿病足、壓力性損傷等病例也急劇增加。

慢性創(chuàng)面臨床治療困難，治療不當(dāng)可引發(fā)嚴(yán)重的并發(fā)癥，占據(jù)大量醫(yī)療資源。臨床目前尚無十分有效的慢性創(chuàng)面修復(fù)材料，病患往往面臨截肢和致死的風(fēng)險。因此，針對皮膚慢性難愈性、燒創(chuàng)傷、感染性創(chuàng)面的治療難題，研發(fā)新型創(chuàng)面修復(fù)敷料具有重要的社會、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)意義。

劉宣勇老師是該項目的負(fù)責(zé)人，邱家軍作為其中一項任務(wù)的負(fù)責(zé)人參與了該項目，這也成為邱家軍近三年來的工作重心。家軍說，糖尿病引發(fā)的糖尿病創(chuàng)面是目前臨床上的治療難題。針對這一難題，團(tuán)隊開展協(xié)同合作，集智攻關(guān)，研發(fā)了多款創(chuàng)面修復(fù)用水凝膠敷料，這些敷料能夠調(diào)控創(chuàng)面微環(huán)境，進(jìn)而加速創(chuàng)面愈合。其中一款明膠基水凝膠已通過臨床倫理審批，并開展臨床試驗。

關(guān)于糖尿病創(chuàng)面難愈我還是第一次聽聞，當(dāng)然我接觸的糖尿病患者很有限，而且大都還在早期血糖控制階段。家軍的介紹讓我知道，糖尿病中晚期患者如久坐臥床有可能引發(fā)壓迫性創(chuàng)面。正常人的創(chuàng)面大都會自然愈合，而糖尿病患者的創(chuàng)面愈合比較困難。加上糖尿病患者人數(shù)逐年上升，每年受困于糖尿病創(chuàng)面的人群不少。

作為這個重點項目的一部分，近期，上硅所劉宣勇、邱家軍團(tuán)隊與烏鎮(zhèn)實驗室團(tuán)隊合作開發(fā)了一種新型超聲響應(yīng)水凝膠，通過壓電增強(qiáng)的動電效應(yīng)實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，能顯著促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面神經(jīng)血管再生，從而加速傷口愈合。該水凝膠具有良好的自愈性、皮膚黏附性和導(dǎo)電性。

邱家軍引用團(tuán)隊的研究結(jié)果介紹：這種水凝膠在超聲作用下可產(chǎn)生電刺激，有效促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞血管生成、提升細(xì)胞神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)并抑制細(xì)菌感染，從而促進(jìn)創(chuàng)面組織中神經(jīng)血管再生，加快創(chuàng)面愈合，這為糖尿病傷口的治療提供了新思路。相關(guān)工作已刊登于2025年5月的《今日材料》（

Materials Today

電活性生物材料的設(shè)計與應(yīng)用大有可為

邱家軍在實驗室

家軍這段時間在科研上迎來了一個爆發(fā)期。本文一開始提到的劉宣勇、邱家軍等在《自然-通訊》（

Nature Communications

一篇報道提到：研究者以自然界蜘蛛吐絲行為中的“多模態(tài)界面變形”現(xiàn)象為啟發(fā)，首次提出一種氣液兩相流誘導(dǎo)的仿生多結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)筑策略，實現(xiàn)了具有空腔、紡錘、鋸齒等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能纖維連續(xù)可控制備。

該類纖維不僅展現(xiàn)出優(yōu)異的水伏電能轉(zhuǎn)換能力，還可集成于面罩中進(jìn)行高靈敏度的實時呼吸監(jiān)測與鼻周期分析，為遠(yuǎn)程醫(yī)療與健康管理提供了新方向。實際佩戴測試中，該智能面罩可準(zhǔn)確識別正常呼吸、劇烈運(yùn)動后呼吸及睡眠呼吸暫停等多種生理狀態(tài)，并能通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實時上傳至終端設(shè)備，用于遠(yuǎn)程健康監(jiān)測。

家軍這里提到的呼吸暫停綜合征我也是時有聽聞的，受這類呼吸暫停困擾的人群還不少。好在這種疾患已開始引起重視，如果不作診治，重癥者會被奪去生命。所以邱家軍他們又做了一件功德無量的事。

以上介紹的有助于創(chuàng)面愈合的新技術(shù)和水伏柔性電子器件都與電有關(guān)（水伏發(fā)電、壓電效應(yīng)等），這些探索工作是否會帶動電活性生物材料的設(shè)計與應(yīng)用？電活性生物材料是一類能夠產(chǎn)生電信號或者發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的新一代“智能”生物材料。電子轉(zhuǎn)移是材料與生物系統(tǒng)“交流”的主要方式。生物體器官、組織、細(xì)胞以及生物分子在生物活動中會發(fā)生電位和極性變化，從而表現(xiàn)出生物電現(xiàn)象。因此，掌握電活性生物材料與生物系統(tǒng)間的電子轉(zhuǎn)移（奪取、給出或轉(zhuǎn)移電子）有望實現(xiàn)對細(xì)胞或細(xì)菌行為的精準(zhǔn)調(diào)控。

記得來時路的年輕人會走得更遠(yuǎn)

采訪過程中，家軍的語氣和狀態(tài)也感染了作為訪問者的我，這位有激情、有創(chuàng)意，一心想著為人民生命健康作貢獻(xiàn)的“啟明星”令人尊敬。

我相信，從江西革命老區(qū)出來、一步一步走到今天的邱家軍，會記得來時路，會做更好的自己。團(tuán)隊“能吃苦、愿吃虧、守誠信、永互助” 的文化熏陶也會幫助這位年輕人走得更遠(yuǎn)。祝福邱家軍！

-本文刊載于《世界科學(xué)》雜志2025年第8期“今日啟明星”欄目-

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