Alice White 教授在3D打印和生物医学工程领域的研究历程
时间：2024-07-10 09:39 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
职业生涯的开始
Alice White 的职业生涯始于著名的贝尔实验室，该实验室是一家研究机构，以晶体管和信息理论等突破性发明而闻名。自 1925 年以来，贝尔实验室一直是创新的灯塔，塑造着电信及其他领域的未来。
△ 贝尔实验室的 Alice White
Alice White 在贝尔实验室进行了 30 年的研究，她一路晋升成为首席科学家，致力于光子学和纳米技术领域的革命性项目。尽管贝尔实验室享有盛誉，机遇无限，但怀特的追求不止于此。她希望将自己的专业知识与更广泛的使命相结合：成为女性在学术领域中的榜样和倡导者。这种对更大影响力的渴望使她走向了学术界，她相信自己可以利用自己的行业经验来鼓励更多女性从事工程和物理学专业。
从产业界到学术界
2013 年，Alice White 离开了贝尔实验室，转入学术界，加入波士顿大学工程学院。在这里，她面临着从零开始的挑战——没有实验室、没有设备、没有建立网络。但她的决心和远见很快将这块白板打造成了一个蓬勃发展的研究中心。2014年，她创立了多尺度激光光刻实验室，配备了 Nanoscribe 3D 打印机来开发用于生物医学应用的复杂结构。
她学术生涯中的一个关键时刻是与波士顿大学生物设计中心创始主任、怀斯研究所 3D 器官工程计划联合负责人 Chris Chen 教授合作。Chris Chen 教授对干细胞机械性能的研究激发了 Alice White 的一个想法：利用自己在制造方面的专业知识来创建模拟身体状况的 3D 环境。这促使她与 Chen 合作，使用 Nanoscribe 打印用于组织工程的微小、复杂的支架。她通过直接激光写入技术利用双光子聚合开发细胞支架，从而可以精确创建能够影响细胞行为和组织形成的 3D 结构。
△ Alice White 教授与博士后 Matthias Imboden 交谈
学术贡献
Alice White 使用 Nanoscribe 3D 打印机所做的工作具有革命性意义。借助 Nanoscribe 3D 打印机，她能够以令人难以置信的精度创建比人体细胞还小的结构。例如，她的团队开发了一种“膨胀”支架，当在多个方向上垂直压缩时，该支架会横向收缩，这在传统材料中并不常见。这项创新对于医疗设备中的微型泵（或 miniPUMP）等应用至关重要。
Nanoscribe 的多功能性不仅限于打印支架。Alice White 的实验室还用它来制作灵敏的流量阀、用于刺激周围神经的纳米夹，甚至还用它来制作操纵微型磁铁的定制镊子。
△ Nanoscribe Photonic Professional GT 纳米打印机
Alice White 还探索了将 3D 打印与微机电系统 (MEMS) 相结合的可行性。她展示了如何将 3D 微打印与 MEMS 相结合，以产生对医学成像和组织工程应用至关重要的动态、可变形微结构。这种创新方法允许创建可定制的功能性微组件，这些微组件可以直接集成到现有系统中，从而增强系统的性能。
Alice White 表示：“得益于 Nanoscribe 工具的设计和工程设计，实验室成员们可以突破极限，制造出极其灵活的关节和其他复杂部件。对于研究和实际应用来说，这是一款绝佳的工具。工作中最令人兴奋的方面之一是有可能为医疗植入物制造可生物降解的支架。这些材料可以随着时间的推移在体内溶解，这对于开发安全有效的植入物至关重要。”
△ 研究生在 Alice White 的实验室中使用 Nanoscribe
引领潮流
在与波士顿大学、密歇根大学、哈佛医学院和其他机构合作开展的 CELL-MET（美国国家科学基金会细胞超材料工程研究中心）项目中，Alice White 的研究对推动生物医学工程的发展至关重要。作为联合首席研究员，她专注于创造功能性心脏组织以应对心脏病，主要目标是利用患者自身的干细胞开发心脏补片，这种补片能够修复受损的心脏组织，而不会产生排斥风险。怀特在 CELL-MET 的项目由她的实验室和 Chen 在波士顿大学的组织工程实验室联合开展。Alice White 表示：“项目目标是制造能够替代或修复受损心脏组织的功能性补片。这是一项具有挑战性的任务，但其潜在影响是巨大的。这些补片有可能恢复心脏功能并改善无数人的生活质量。
△ 在 CELL-MET（从左至右）的 Christopher Chen、Christos Michas 和 Alice White
Alice White 的工作是工程学和生物学的完美结合，这个领域通常被称为“工程-生物融合”。通过将机械工程与生物医学见解相结合，Alice White 和她的同事正在开拓解决复杂健康问题的新方法。3D 打印的灵活性使他们能够尝试不同的设计和材料，突破组织工程的极限。”
2022 年，Alice White 、Chen 和 CELL-MET 的一个多学科团队利用 3D 打印技术设计了一个微型活体心室复制品，可以更准确地模拟真实器官，并为测试新的心脏病治疗方法提供了一个沙箱。波士顿大学团队的这一发明（miniPUMP）可以为在实验室中制造肺和肾等其他器官奠定良好的基础。
△ 支撑心脏组织的支架的大型复制品
优秀的导师
除了开创性的工作之外，Alice White 还致力于在工程领域营造多元化和包容性的环境。她是波士顿大学第一位女性机械工程系主任，并强烈倡导更多女性进入 STEM 领域。她在行业和学术界的经验使她成为了为学生做好工程职业准备的理想导师。
Alice White 表示：“学生是波士顿大学这十年来最宝贵的财富，培养他们的职业生涯并看到他们在行业中取得成功是非常有意义的。提供职业发展建议并帮助他们建立人际网络是作为一名导师的职责。”
3D 打印在医学领域的未来
Alice White 认为 3D 打印在生物医学应用方面具有巨大潜力。例如，可生物降解树脂的开发可以实现植入物在体内随时间推移安全溶解。这将彻底改变医疗器械，使其更安全、用途更广泛。她的实验室继续探索新材料和新设计，始终致力于提高 3D 打印的速度和精度。目标是缩短研究和临床应用之间的时间。
Alice White 表示：“将研究从小组织扩展到更大的功能性组织结构的能力是主要关注点，实验室正在探索在更大规模上复制研究成果的方法，这对于实际医疗应用至关重要。这涉及克服挑战，确保组织在增大尺寸时的结构完整性和功能性。最终，目标是创建可植入的可行组织，这些组织可以与身体现有系统无缝整合，为严重组织损伤患者带来新希望。此外，实验室还在开发新方法，以确保这些更大的组织结构能够持续高效地生产，这对它们最终的临床应用至关重要。”
△ Alice White 教授
从怀特在贝尔实验室的工作到她在波士顿大学的开创性研究，她一直在不断突破工程和医学领域的极限。她致力于指导下一代并促进 STEM 领域的多样性，她的努力将在未来几年继续激励和改变该领域。正如她所说的那样，“只要有合适的工具和不懈的创新动力，你就能做到任何事情。”
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