实验室负责人 

      丁卫平 副教授

2011年入职中国科学技术大学信息学院电子科学与技术系，本科毕业于中国科学技术大学，博士毕业于华盛顿大学，肯塔基大学访问学者，曾获“中科院院长奖”、“青年教师事业奖（USTCAF）”等奖项，参与撰写专著1本，获授权专利10余项。担任Biopreservation and Biobanking编委、中国图学会医学影像与设备分委会委员，为IEEE会员、ASME会员、中国生物医学工程学会高级会员、国际低温生物医学学会会员以及安徽省生命资源保存与人工器官工程研究中心骨干成员，担任ACS Nano、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Membrane Science、IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics、Chemical Engineering Science、International Journal of Pharmaceutics、Separation & Purification Reviews、Applied Thermal Engineering等20多种国际重要学术期刊审稿人。长期从事交叉学科研究方向，有多年的器官芯片、生物材料、生物传感器、机械加工设计等实验研究经验，也有丰富的理论建模经验。在国际重要学术期刊以第一作者或通讯作者发表SCI论文50余篇，其中包括中科院大类分区一区18篇，一区SCI论文主要发表于Chemical Engineering Journal（IF：13.273）、Biomaterials（IF：12.479；2篇）、Biosensors and Bioelectronics（IF：10.618）、Advanced Healthcare Materials（IF：9.933）、ACS Applied Materials & Interfaces（IF：9.229；2篇）、Acta Biomaterialia（IF：8.947；2篇）、Journal of Membrane Science（IF：8.742；4篇）以及Journal of Material Science & Technology （IF：8.067；2篇）。

在中国科学技术大学生物医学工程中心建有独立的实验室（BioMEMS & Organs-on-Chips Lab），占地约200平方米，分为合成区、分子影像区、芯片加工区、细胞培养区、生化分析区以及动态实验区，拥有激光直写光刻机（精度：1μm）、倒置荧光显微镜2台（Olympus）、细胞培养间1个（万级）、全自动生化分析仪（Beckman公司，AU480）、酶标仪、冻干机、粒径仪等多种设备。

研究方向

智能医疗仪器：可穿戴设备（人工肝、肾）、流式细胞超声标记仪

微流控技术：器官芯片（Organs on chips）、微全分析系统

传感器技术：生物传感器、生物微机电系统（MEMS/NEMS/IC工艺）

纳米药物技术：透皮给药、药物封装、药物靶向与缓释

图像处理技术：3D重建、模式识别

研究成果

1.智能医疗仪器

（1）研制了一种新型、便携式的人工肝支持系统，该系统能与人工肾兼容，可高效清除肝衰竭毒素（图1A）；（2）设计了细胞低温保护剂清除仪，该系统也可实现细胞浓缩功能（图1B）；（3）建立了活细胞工作平台（图1C）。

图1 A：新型便携式人工肝脏系统；B：细胞低温保护剂清除仪；C：活细胞工作平台。

（2）研制全自动流式细胞超声标记仪，实现对细胞的连续、批量地标记、洗涤、分选和分析。

图2全自动流式细胞超声标记仪示意图以及实物图。

2. 微流控技术-器官芯片/类器官芯片

（1）肝脏芯片

（I）基于微加工技术，利用PMMA研制了模仿肝组织间隙流的微系统（图3A；Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2018, 12: 2266-2276）；（II）基于微加工技术、光刻技术和自主研发的血流调控血管生成技术，构建了多肝小叶芯片（图3B；ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13: 32640-32652）；（III）基于光刻技术，利用PDMS构建了单肝小叶芯片（图3C；Acta Biomaterialia, 2021, 134: 228-239）。

图3 A：模仿肝组织间隙流的芯片；B：多肝小叶芯片；C：单肝小叶芯片。

（2）肿瘤类器官芯片

（I）构建了肿瘤类器官芯片，实现了极早期单个实体瘤的演化，复现了肿瘤细胞上皮间质转化的动态过程以及血管拟态的形成（图4A；ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13: 19768-19777）；（II）开发了一种Flav7和化学治疗药物（DOX）共同装载的可分离微针系统（图4B；Chemical Engineering Journal, 2022, 428: 131913）。

图4 A：肿瘤类器官芯片；B：微针给药治疗肿瘤。

（3）神经芯片

    基于飞秒激光直写技术，加工了3D柱状支架，构建了有功能连接的神经网络（图5；Advanced Healthcare Materials, 2021, 10: e2100094）。

图5 神经芯片（A：柱状阵列；B：神经回路）。

（4）肾脏芯片

    基于微加工技术，设计了一种以中空纤维为基底膜的仿生肾小球芯片（图6）。

图6 肾脏芯片

3. 传感器技术

（1）生物传感器

（I）构建了无标记细胞存活率分析芯片（图7A；Biosensors and Bioelectronics, 2020, 148: 111820）；（II）基于超声穿孔效应，设计了一种超声流式细胞磁标记芯片（图7B；ACS Biomaterials Science & Engineering, 2020, 6: 3187-3196）；（III）基于单细胞捕获与微电极技术，设计了一种测定单细胞膜渗透性的芯片（图7C；Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2020, 412: 4537–4548）；（IV）基于磁分选与阻抗计数技术，设计了一种磁标记细胞磁载量分析芯片（图7D；Talanta, 2020, 220: 121351）。

图7 生物传感器（A：细胞存活率分析芯片；B：超声磁标记芯片；C：细胞膜渗透性快速测定芯片；D：细胞磁分选与计数芯片）

2）生物微机电系统

（I）基于膜过滤（图8A）和膜透析（图8B）机理，设计了两种清除细胞低温保护剂的微系统（Biomedical Microdevices, 2017, 19: 15; 19: 30）；（II）基于低渗致细胞膜成孔的原理，设计了细胞封装冻干保护剂的微系统（图8C；Biomedical Microdevices, 2019, 21: 5）。

图8 A：基于膜过滤的细胞低温保护剂清除芯片；B：基于膜透析的细胞低温保护剂清除芯片；C：细胞封装冻干保护剂芯片。

4．纳米药物技术

（I）制备了肽修饰的、载有Vemurafenib的脂质体，可以快速靶向抑制皮下黑色素瘤（图9A；Biomaterials, 2018, 182: 1-12）；（II）设计了新型超小多功能纳米点，用于双模式MR/NIR-II成像引导的光热疗法（图9B；Biomaterials, 2020, 256: 120219）；（III）提出了一种基于超顺磁氧化铁核心的透皮纳米平台T-SiD，实现了MR/NIR双模成像引导的化疗与热疗协同治疗浅表肿瘤（图9C；Acta Biomaterialia, 2021, 130: 473-484）；（IV）开发了一种多功能M2 TAM靶向氧化铁纳米颗粒，用于MRI引导的乳腺肿瘤磁热疗（图3-9D；Journal of Materials Science & Technology, 2021, 81: 77-87）

图9 A：脂质体载药；B：新型超小型多功能纳米点；C：纳米平台T-SiD；D：多功能氧化铁纳米颗粒。

5. 图像处理技术

提出了一种仅使用全局标签的肝癌组织病理学图像分类深度学习方法，可以高精度地将肝脏组织病理学图像区分为异常或正常，从而为肝癌的早期诊断提供支持（图10；IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, 2020, 24： 1643-1651）。

图10 肝癌组织病理学图像分类方法的工作流程

参与项目

近年来，实验室先后主持或参与国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、中国科学院先导专项等多项科研基金项目，获授权发明专利数十项。部分项目信息如下：

（1）国家自然科学基金委员会，面上项目，血管化肾芯片构建技术研究，2021-01至2024-12，项目负责人。

（2）科技部，重点研发计划，新一代神经网络模型，2020-01至2022-12，课题主要参与者。

（3）中国科学院，先导专项（C类），基于变革性技术的高端磁测量装备：微观磁成像仪器，2020-01至2022-12，课题主要参与者。

（4）国家自然科学基金委员会，国家重大科研仪器研制项目，全自动流式细胞超声标记仪，2017-01至2021-12，课题主要参与者（排名第二）。

（5）国家自然科学基金委员会，重大研究计划，基于高灵敏超极化13CMRI的肝细胞癌的动态演化研究，2019-01至 2021-12，课题主要参与者。

（6）国家自然科学基金委员会，面上项目，仿生肝芯片用于癌细胞入侵肝脏的研究，2015-01至2019-12，项目负责人。

（7）教育部，高等学校博士学科点专项科研基金，透皮肽促进纳米药物经皮治疗黑素瘤的理论建模及实验研究，2014-01至2016-12，项目负责人。

联系方式

办公室：中国科学技术大学 西校区 电二楼 319室

实验室：中国科学技术大学 中校区 医学楼一楼

邮件：wpdings@ustc.edu.cn