時間：2017年8月25日下午

地點：北京亦創國際會展中心DE會議室

安冉：感謝各位專家、企業家、投資商和年輕的創業者在下午繼續支持青年創新創業專題論壇，我是下午的主持人安冉，會議開始之前請允許我代表主辦方中國電子學會嵌入式學會與機器人分會感謝Vphoto云攝影提供的全程獨家圖片直播，回復關鍵詞“青年論壇”會獲得直播的相冊，同時感謝科貓APP提供全程的視頻直播以及人民網、鳳凰周刊、雷鋒網、36氪、億歐網、創業邦聯合提供的媒體支持。

下午首先有請中科院沈陽自動化研究所優青研究員劉連慶教授帶來精彩報告，報告的題目是“微納操控及其在個性化醫療中的應用”。

劉連慶：感謝大家來參加這個論壇，也感謝王田苗老師的邀請，讓我有機會跟大家分享一下。今天主要是創新和創業，我做的研究距離創業還是有一點距離的，我介紹一下，但是我也講一下本人對于創新和創業之間的一點思考。當我們說創業的時候，剛才王老師幫我介紹了很多下面的企業家，大家共同面臨的是一個海量的市場，基本上這個市場是比較巨大的，機器人也是這樣。如果回顧一下機器人的發展，如果說沒有汽車工業就沒有機器人的今天，就是因為汽車工業的剛需帶動了整個工業機器人的發展，從工業機器人又演變出來各種各樣的機器人。除了汽車工業之外，我今天的題目主要講和醫療相關的，這是一個統計的表，一個是美國汽車工業學會，一個是美國制藥學會。醫藥整個行業市場價值、市值遠遠高于汽車工業，這也符合具有海量的市場這么一個基本的假設。可以想像得到在未來幾十年后，可能一個家庭沒有汽車，但是很難想象一個家庭沒有藥，比如像阿司匹林、降血糖的藥現在稍微上點年紀的人都會用這幾種藥。今天討論一下怎么把微納技術和醫藥工業的發展結合起來。

我是做納米操作機器人，先介紹一下什么是納米操作機器人。工業機器人大家見的很多，樓下展臺到處都是，把結構化的物體以高速高效組裝成人們期望的形狀。隨著尺度的縮小，在顯微鏡的幫助下能夠看到細胞，現在又做了微操作機器人，這個比較少見，但是事實上20世紀之后幾乎所有生物學的突破都是基于微操作技術發展而來，比如基因、克隆等等，尺度進一步縮小，我們現在看到了低因分子看到碳納米管等等，我們需要另外一種工具來實現它們的操控顯然不行。我就是做納米操作機器人，納米看不見也摸不著，有了納米操作機器人不但能夠讓你看得見納米，也能夠讓你觸摸得到納米。給大家舉一個例子，一個人切割活體神經細胞，做納米操作的時候，不僅能夠看到納米場景的實時變化，通過leap反饋手柄，切割活體細胞需要多大的重力。當然在一個細胞膜上穿孔，用各種各樣的方式，采用機械方式，這是推根一根DNA分子，直徑大概只有2納米。在推動它的時候不止能夠看到DNA分子的實時變化，還能感受到推動一根DNA分子需要多大的重力。把人的能力從讓機器人幫人干人能干但不想干的事，把人的能力進一步擴展和提升，讓機器人幫助人去干人想干但干不了的事情。我想這是納米操作機器人對機器人的貢獻。

我們有了這套機器人系統之后我們能干些什么？我們想跟新藥研發結合起來。這幅圖紅線代表每年對于新藥研發經費的投入，而綠色的代表的是每年新藥的產出數，錢越投越多，藥越來越少，并且如果再有一個軸的話是各種各樣新出的疾病也越來越多。現在整個醫藥界迫切需要新的技術來引入彌補投入和產出之間的差距。新藥產生的流程不說了，真正的萬里挑一，一萬個化合物當中篩選只有一個合格，不幸運的話一個也沒有，為什么幾年前輝瑞把一個研發中心給關掉，就是因為藥物研發失敗，大概需要花費15億美元15年的時間，這是一個基本背景。

藥物研究失敗的主要原因，一個是藥效，一個是毒性。這種藥沒效果或者對有的人有效對有的人沒效，毒性可能治心臟病對心臟確實好但是把肝傷了，大家現在買藥的時候經常看到“糖尿病患者慎用，心臟病患者慎用”，這種藥物在處理有用的同時還有一些毒副反應，把別的細胞殺害了。我們把微納操控技術揉進來，在這兩個領域各做一些貢獻。

個性化醫療，主要做淋巴癌，和北京307醫院合作。癌癥是第一殺手，大家都不陌生，癌癥常規的治療方法就是化療和放療。放療和化療效果還是不錯的，但是它的問題就是副作用太大，用高能的射線對人進行轟擊照射，不止把腫瘤細胞殺死，把所有正常的細胞也都殺死了。放療和化療的人到后來牙齒脫落頭發脫落，內分泌失調等等，非常痛苦的一個過程。后來出來一種新的靶向治療，它的基本原理以淋巴癌為例，在淋巴癌細胞的表面有一種抗體CD20，這個藥物是CD20的抗原，抗體和抗原之間相互作用就把細胞殺死。由于大部分的抗體只在癌細胞表面存在，人吃完這種藥，藥指向生物導彈一樣黏在癌細胞上，對正常細胞沒有影響，這個藥物獲得巨大成功。但是它的問題，有人有效有人沒效。著名央視的羅京先生在307醫院醫治，他對這種藥物沒效，這種藥物非常貴，一星期就需要花好幾萬。醫生不知道該不該對病人用這種藥，對于像羅京先生經濟條件比較好就一直用，沒效就算了，對于一般的人來講，如果一個星期好幾萬，好幾個星期幾十萬下去了。醫生找到我們，有沒有什么辦法研究一下，為什么有人有效有人沒效，這是一個非常復雜的生物學問題。我們要把這個問題工程化想得簡單一些，依靠抗體和抗原的相互作用殺死癌細胞，有人有效有人沒效，是不是細胞表面抗體的密度不一樣？密度越大黏上的藥越多效果越好，或者抗體和抗原之間的結合力的大小不一樣，結合力越大效果越好，所以我們有這么一個基本假設。因為我們相信，藥效到最后還是脫離不了牛頓定律，應該還是物理能夠解釋的問題。這就轉變成我們怎么樣在液體環境里面活體細胞表面去探測只有幾個納米大的抗體，我們怎么樣測量抗體和抗原連納級都沒有的作用力。我們做了很多的工作，我只是把結果匯報一下，具體細節不介紹了。

通過對機器人的研究，可以在活體細胞表面精確測出來抗體和抗原之間的作用力是多大叫單分子重力，把細胞拿出來之后還能夠對細胞表面抗體的密度表征出來，從臨床拿了很多的細胞做了很多的細胞，這就是個性化醫療。第一個發現，和作用力大小的關系并不是特別大，但是和密度密切相關，密度高了作用效果就好。所有生物學的實驗都要經過成百上千次的測試，但是當我們在測試過程當中發現了另外一個問題，拿活檢的細胞，癌細胞被正常的紅細胞淹沒，我們只想測量癌細胞，不想測量紅細胞。怎么樣把細胞有效分離，我不想介紹流式細胞儀好幾百萬，熒光染色。我們是用物理的分離方法，把光子打到物體表面，根據動量定理實現物體的移動，它的問題就是光強特別大，操作細胞的時候，很容易把細胞燒死。我們需要能夠把它分離，而又對細胞沒有影響的方式。我們做了光電鎳的操作方法，光電鎳光能到電能再到機械能，把光打成什么樣的形狀，力就是什么樣的形狀，這個光強只有光鎳的千分之一，但是重力的大小一樣。有了這個光我們進一步發現，由于細胞本身的特征不一樣，同一束光，對正常細胞和癌細胞產生的力大小不一樣，調節電的頻率和光強，只能推動癌細胞，推動不了正常細胞，來回掃、反復掃，就能把癌細胞正常細胞分開。

更進一步，如果大家仔細看的話發現癌細胞在高速地旋轉，旋轉的原因是因為癌細胞的急性和正常細胞不一樣。這給我們一個啟示，我們能不能用癌細胞的自旋來做癌癥的早期檢測，急性最開始改變，急性表面才有抗體抗原，才能用熒光的方法檢測物理本身的特征，在癌變的前一個周期之內已經展現出來，像有心電圖，我們有細胞電圖。每類細胞的共旋共振頻率不一樣。做了四類癌細胞，通過頻譜不一樣，很好地把四類細胞分離出來。每種細胞共振時旋轉的頻率不一樣，我們用這種方法做一個癌癥的早期檢測。

簡單總結一下，我們先抽血用血液動力學自旋進行癌癥的早期檢測，然后再和value結合，和正常細胞分離，納米機器人測分子密度和分子力。最后有一個模型，預測出來病人到底吃完這種藥的療效有多大。從第一步到第六步，只有第一步和第六步需要醫生做，二、三、四、五用工程的方法來做，這是完整對癌癥進行早期檢測還有一直到最后個性醫療的完整途徑，每個方向上我們都投入了一些研究生，現在正在做這方面的工作。這是針對個性化治療，怎么樣實現更加有效的治療。

現在篩選的藥都是以細胞進行篩選，人體的細胞是三維組織塊，三維環境互相連通相互促發，現在篩選新藥就是一堆細胞零散在試管里面，構成不了三維連通，導致所有的藥物藥效預測不一樣，這是第一。第二，往往只用一類細胞來看，治心臟病就看心肌細胞，這是不對的，除了看心肌細胞，肝、肺這些細胞共生長共培養，看看對心肌細胞好的同時有沒有傷害別的細胞，這是一個基本思想。機器人化的微納操控系統，第一步可以把細胞跟水泥混合到一塊兒變成三維組織塊，光打成什么形狀，細胞最后長成什么形狀。細胞之間三維連通，更加接近于人體形狀。我不只生長一類細胞，要生長好幾種細胞，每種顏色代表不同的細胞，剛才有一個光電的操控方法，還能對它進行實時操控。基本原理就是水泥膠來了，先把細胞用同一束光的方法做成細胞塊，進如光電鎳的系統里面組裝，不同種的細胞模擬人體環境組裝到一塊兒。大家玩過俄羅斯方塊，每一種代表不同種的細胞，可以把這些細胞自由地組裝到一起，它的好處是有心肌的有肝的有肺的，這樣的話再加一種藥物的同時就看這幾類細胞同時的反應，到最后對藥物的預測不只是一種細胞的反應，而是整體的反應。如果對心肌細胞非常好，但是把別的細胞全都殺死了，這種藥物的毒性太強，我也不建議它再進入下一期的臨床實驗。