中国科协青年科学家论坛第103次活动于4月21日至22日在中科院力学所召开,主题为“力学与生物学的交叉与融合”。会议聚焦生物力学如何适应21世纪科技发展特点和我国可持续发展战略需求,以及力学与生物学在发现和发明两个层次的进一步交叉与融合。
会后,记者采访了论坛主席之一、全国生物力学专业委员会主任、北京航空航天大学生物工程系主任樊瑜波教授,以及重庆大学生物工程学院院长杨力教授,就学科前沿问题和学生培养进行了深入探讨。
生物力学:应用广泛
樊瑜波教授指出,生物力学是力学与生物医学交叉的学科,诞生于20世纪中叶。华人学者如冯元桢(中科院首批外籍院士、美国三院院士)、钱煦、胡流源等贡献卓著。力学现象遍及生命活动,从个体运动到器官、细胞乃至分子层面,无处不在。生物力学不仅研究生命现象中的力学问题,还关注组织、细胞对力的生物响应(力生物学),为生物医学工程产业奠定基础。应用领域包括人工关节、人工心脏瓣膜、骨固定、康复工程、口腔正畸、运动训练等,甚至航空航天医学工程也离不开生物力学的支持。
杨力教授补充说,生物力学在植物学中也有分支——植物力学,例如利用超声波刺激植物种子和幼苗,可增加药用成分。在临床医学工程中,组织修复和韧带修复需要了解细胞受力后的变化及炎症反应,通过调控力可加速恢复。重庆大学作为全国最早设立生物力学博士点的单位之一,已获得国家“111计划”支持,建立生物力学与组织修复工程基地,每年投入180万元,引进国外一流学者,共同提升学科水平。
樊瑜波教授举例说明生物力学与临床医学的结合:牙齿正畸(正畸)本质上是“开力”而非开药,通过施加适宜力校正牙齿排列和颌骨发育。在航天领域,太空失重导致“骨丢失”(骨质疏松),宇航员在空间站停留一定时间后骨密度下降可达10%,其机制尚未完全明确,锻炼和药物效果有限。北京航空航天大学生物工程系正致力于该领域研究,承担民用航天和国家自然科学基金项目。
学生培养:任重道远
杨力教授介绍,重庆大学生物工程学院招生顺序独特:1979年招博士,1986年招硕士,1989年招本科。受冯元桢1979年访华推动,学院已发展为研究型学院,现有研究生和本科生各约500人。他强调,交叉学科要求学生知识面更广,工程背景学生需补充医学和生物学课程,以培养创新能力和灵活思维。
樊瑜波教授指出,我国医学和生命科学教育长期忽视数理力学教育,导致医科生缺乏力学概念,影响临床技能。例如,外科医生若不懂材料力学,难以正确理解骨固定螺钉等植入物的力学指标;血液动力学知识对搭桥手术等至关重要。同时,力学教育也忽略生命科学基础,如解剖学和生理学,限制了学生在医疗器械和生物工程领域的发展。中国生物医学工程产业利润丰厚,但发展相对薄弱,人才培养亟待加强。
中国科协于1995年设立“青年科学家论坛”,旨在培养跨世纪学术带头人,促进基础学科、应用学科和交叉学科的前沿交流。