【X-Doctor】2024年，iCANX推出X-Doctor专栏，聚焦iCANX上独辟蹊径用科技创新改变世界的科学家和他们的科学发现，每期揭秘一位科学家和他/她的探索之路，独家报道、干货满满。欢迎大家一同感受科学的魅力，见证这些创新的力量。

第十期，X-Doctor将带你走近中国科学院理化技术研究所饶伟，感受她在肿瘤治疗和器官保存领域的创新研究。饶伟，一位在低温生物医学和液态金属领域大放异彩的杰出科学家，她的研究领域犹如科幻般的神奇。

从肿瘤干细胞靶向冷冻消融，到可变形纳米药物系统介导的肿瘤治疗，再到基于纳米技术的干细胞及器官低温保存，她的研究领域跨越了科学与医学的边界，挑战着人类对未知领域的认知。

她不仅是理化技术研究所的博士生导师，还是理化技术研究所的资深研究员。她长期致力于低温生物医学、液态金属与微纳米技术的交叉科学问题研究，探索着科学与技术的无限可能。

✦学术成果✦

饶伟研究员的科研成果令人瞩目。她发表了112篇期刊论文，其中90篇被SCI收录，论文的h指数达到了35。她在Advanced Materials等国际知名期刊上发表了65篇第一或通讯作者SCI论文，其中封面论文12篇，IF>10论文17篇，单篇最高影响因子高达31.0。主编并出版了《纳米液态金属材料学》、《Handbook of Liquid Metals》、《先进低成本医疗技术》3部专著。她的研究成果不仅在学术界产生了深远影响，也为相关领域的发展提供了有力支持。

饶伟研究员还是一位杰出的导师和学科带头人。她主持了多项国家级科研项目，包括国家自然基金主持项目、科技部重点研发计划课题、JKW课题等18项。她担任了多个学术期刊的客座编辑，并担任液态金属技术联合研究中心主任、低温生物医学工程学北京市重点实验室副主任、亚洲冷冻治疗学会常务委员、中国制冷学会六专委委员、国家肿瘤微创治疗联盟标准委员会委员等职务。她的学术成就和社会影响力得到了广泛的认可。

✦开启低温医学科研生涯✦

饶伟在哈尔滨工业大学获得学士和硕士学位，专业方向为建筑环境与设备工程。2006年，她进入理化技术研究所攻读博士学位，研究方向为基于碱金属的肿瘤微创消融方法研究。从建筑物热环境研究到生物体内温度的定制，两者看起来风马牛不相干，然而其实都是源于工程热物理学科在不同领域的尝试与挑战。

在博士期间，饶伟致力于肿瘤微创热消融技术的研究。在研究过程中，她深入研究了碱金属对肿瘤细胞的破坏作用机制，成功地找到了一种基于碱金属的肿瘤微创热化学消融方法。这一方法利用碱金属与生物活性水之间的常识性化学放热反应，利用一支简单的注射器和几毛钱的原材料即可实现传统复杂且昂贵的仪器才能够实现的高强度热化学消融效果，为肿瘤治疗提供了一种新的颠覆性方法。她的研究成果多次发表在国际知名期刊上，引起了广泛的关注和认可。在能量定向选择性吸收的理论分析和试验研究的基础上，联合团队开发了HYG TC-I型热化学消融系统。检验结果显示其流速精度可以控制到2%以下，性能远超市面上的一般注射控制类产品。该系统在天津医疗器械检验中心完成相关型式检验，满足GB9706.1-2007及GB 9706.27-2005标准的规定。

博士毕业后，饶伟留在理化技术研究所工作，并担任低温生物与医学实验室助理教授。在此期间，她继续深入研究肿瘤冷冻消融技术，并取得了一系列重要的研究成果。

为了进一步拓宽生物热物理与生物技术的交叉视野并提升自己的学术水平，饶伟决定赴美国深造。她先后在弗吉尼亚联邦大学药物化学系和美国俄亥俄州立大学生物医学工程系从事博士后工作。在这期间，她深入研究了低温诱导的温敏性纳米药物体系及干细胞靶向冷冻消融技术，并成功地将温敏性纳米药物控释系统应用于干细胞的冷冻治疗及冷冻保存中。这些研究成果为干细胞治疗和冷冻保存提供了重要的理论基础和技术支持。

访问美国哈佛大学与MIT

✦发掘低温医学新内涵✦

低温治疗的精准性及大尺度生物样本的保存是低温医学领域几十年来悬而未决的难题。面对人民生命健康领域的现实挑战，回国后，饶伟基于生物热物理探索了从微观到宏观的生物系统低温相变机制和调控技术，相关研究对开发独立自主知识产权的低温医疗器械及国家生物安全技术非常重要。

回到理化所工作

围绕细胞、组织到系统低温生物相变行为，饶伟带领团队逐渐形成了从方法开发，到机理认识，再到系统调控的特色研究体系。

饶伟团队建立了低温生物相变研究体系

利用深低温技术实现肿瘤冷冻微创治疗和生物样品冷冻保存，其中最为重要的是实现精准控制成核物质在特定细胞的富集与定向生长以实现成核的空间选择性。饶伟提出了分子靶向控冰的研究思路，在细胞分子水平上，利用已经明确的细胞结合位点，借助配体-受体相互结合的分子靶向作用来进行控冰材料的精准递送，最终使得特定细胞产生或抑制冰晶成核、生长或重结晶的行为，而不会波及周围其它非特异性的组织细胞。这些工作将低温作用下控冰材料的输运形式从被动的组织间扩散变为主动的细胞定向控制，有效地实现了冰晶成核的空间选择性。

与理化所团队成员在实验室

在组织尺度上，随生物系统需求变化进行能量供给、传输和转化对于相变行为的控制至关重要。无论是强化相变还是抑制相变，目标生物体适形化和适量化的温度时空分布与操控是关键要素。饶伟利用分子靶向材料复合细胞对能量的选择性吸收策略，进一步提出利用外场响应柔性可变形颗粒来实现能量输运的时间动态调控，这些工作为低温医学过程中温度场的精准控制提供理论和技术支撑，保证了能量场时域动态按需调控。

在系统尺度上，如何实现能量参数输入个体化、数字化、精准化，系统能质调控对于三维体相的整体控冰非常重要。饶伟提出了真实结构体的能质分布优化控制，发展了系统主动型相变调控技术。在冷冻治疗领域，饶伟构建了真实人体解剖结构的多尺度传热传质耦合模型及计算方法，为个体化手术治疗规划系统提供理论及技术支撑。率先开发了冷冻治疗个性化手术规划系统计算软件，并完成了第一例冷冻治疗冰球临床比对实验，冰球计算值与CT实测值误差<5%。

完成第一例冷冻治疗冰球临床比对实验

在冷冻保存领域，饶伟通过微小生命体在物质调控下相变的热力耦合计算等方式优化出最佳冷冻条件及人工驯饲参数，在非耐寒生命活体蚂蚁中实现主动性脱水，成功实现了目前最大尺度非耐寒活体的低温冻存，为生物样本活库的建设提供必不可少的技术支持。

研究团队实现了目前最大尺度的非耐寒活体冻存与复活

相关工作获得了国际低温生物大会主席、华盛顿大学Dayong Gao教授的高度肯定。

与国际低温生物大会主席Dayong Gao

在此基础上，饶伟进一步将主动制冷模式和血管介入冷却技术相结合，研制了一套内源性精准控温的器官低温灌流系统，并利用模型器官验证了系统安全有效性，器官机械灌注温度最低达到-4℃，实现了目前最低温度的器官动态机械灌注系统样机研制，并实现中等模式动物心脏低温灌注保存13h后的成功复跳。

饶伟团队研制的器官灌注样机及最低灌注温度对比

✦打开液态金属新视角✦

从低温生物医学到液态金属，看似毫无关系的两个研究方向，其实却有着千丝万缕的联系。作为能量的增敏剂，可变形液态金属在可控递送和输运方面发挥着必不可少的作用。2020年11月27日，iCANX Talks第33聚焦“硬科技·液态金属”，邀请了饶伟教授为大家带来柔性液态金属材料的相关硬科技。

室温液态金属材料同时具备金属和流体材料的优势，是一类罕见的多能性材料（典型的如镓基合金）。镓基合金本身具有较大的表面张力，及在空气下易于氧化的特性，大大影响了宏观及微观材料本身的物理化学特性。通过揭示及灵活调控GaIn合金的表界面特征，对新材料的制备、材料物性的提升及应用功能的拓展，均起到重要的作用。饶伟利用表界面改性的液态金属材料，取得了系列底层技术的突破，特别是在液态金属生命健康、印刷电子等领域取得了原始创新。2021年，中国材料大会首次设立了液态金属论坛，作为论坛成立后的第一个特邀报告，饶伟从论坛主席刘静教授手里接过了优秀报告纪念。

与液态金属领军人物刘静教授

饶伟在液态金属领域开展了深耕细作，近5年发表了50余篇通讯SCI论文。基于前期工作，饶伟团队发表在《Advanced Materials》上的一篇论文“通向材料发现的液态⾦属组合学（Liquid Metal Combinatorics toward Materials Discovery）”，提出了液态金属组合学（LMC）的统一性理论框架，旨在发现和研制新一代先进功能材料。这个框架系统化了液态金属及其衍生材料的组合模式和材料创制策略。液态金属的这种组合方法考虑了物理、化学和生物学连接，使得材料设计变得更加灵活和多功能。团队的研究为未来设计和制造新型材料提供了理论基础，展望了大量新材料的发现和应用。

"液态⾦属组合材料学"（LMC）统⼀性理论框架

在国家出版基金资助下，饶伟研究员牵头编著了前沿著作《纳米液态金属材料学》，这是国内外首部系统阐述纳米液态金属新兴功能材料制备、基础理论与应用技术体系的前沿著作，填补了相应学术文献空白。

国内外首部纳米液态金属材料学专著

✦注重产业技术转化✦

除了在学术研究上取得了丰硕的成果外，饶伟还十分注重科研成果的应用和转化。她将研究中的技术应用到实际临床治疗中，并积极推广这些技术。这些技术的应用为肿瘤患者提供了更有效、更安全的治疗手段，极大地提高了患者的生活质量和治愈率。饶伟开发的冷冻治疗手术规划相关软件已获转化，为肿瘤冷冻消融手术的临床推广应用提供科学的定量化指导，同时团队开发的相关新型冷冻复合智能治疗装备于2022年也已获三类有源医疗器械审批。鉴于在产业转化方面的特色工作，饶伟研究员所在团队两次荣获中国科学院北京分院科技成果转化特等奖。

团队研发新型冷冻复合治疗装备获三类有源医疗器械审批

饶伟与北京中医药大学东方医院团队共同开展了IIIb/IV 期非小细胞肺癌中药联合冷冻消融方案的多中心随机对照临床研究，临床数据显示，病人中位生存期从15.0月（化疗组）延长至21.1月（中药联合冷冻消融组），生存期获益相比较于标准化疗组延长5.8月。近几年，肿瘤冷冻复合治疗类型从肺癌、肝癌2种肿瘤类型进一步扩展到乳腺癌、胰腺癌、肾癌、下颌下腺恶性肿瘤、软组织肿瘤等10多种类型。2021年，高低温复合式液氮实体瘤消融术获批进入北京市医保。目前，团队研发的冷热复合治疗设备已在中国医学科学院肿瘤医院、北京大学肿瘤医院、复旦肿瘤医院、天津肿瘤医院等国内权威的200多家医院肿瘤医院获得应用，累计实施手术过万例。

✦推动低温知识普及✦

饶伟在科研领域的影响力逐渐扩大，她不仅在国内外的学术会议上发表多篇论文，还获得了多项专利授权，同时她还不遗余力普及科学知识。饶伟曾多次参加线上直播并作科普报告，曾为北京的大中小学生、北京东城区教师、广西省科协组织的教师团队、北京教学科学研究院等上万人作多场现场主题科普报告。在互联网媒体科普传播方面，饶伟还曾受邀参加格致论道论坛、iCANX全球直播论坛、新华大健康等介绍团队低温医学及液态金属相关工作。在电视媒体科学传播方面，参加央视一套《生活圈∙院士说科技》栏目（三期不同主题节目），央视二套《职场健康课》栏目，央视十套《科幻地带》（两期）、《透视新科技》（两期不同主题节目）、《走进科学》栏目，央视新闻《中国科技创新之夜》、湖南卫视《新闻大求真》栏目等。通过系列现场实验演示，科普讲解，身体力行推广前沿技术与原理，激发包括青少年在内的科技工作者的创新意识和创新兴趣。

身体力行做科普

她的研究成果对于推动肿瘤治疗和器官移植领域的发展具有重要意义，更为全球范围内的科研人员提供了新的思路和方法。相信在未来的科研工作中，饶伟将继续发挥自己的专业优势和学术特长，用热爱照亮前行的路，为人类健康事业做出更大的贡献。