江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室依托于东南大学、南京微创医学科技有限公司和东南大学附属中大医院，以微纳生物医疗器械的设计理论、制造工艺、性能检测等共性关键技术为主要研究方向，开展血管支架、微流控生医检测芯片和单分子传感器的研究。研制具有自主知识产权的微纳医疗器械产品，打破国外产品的垄断，制定相关标准，从而不断提升江苏微纳医疗器械制造企业的创新能力和核心竞争力。

简介

历史沿革

合作交流

研究方向

研究成果

简介

江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室依托于东南大学、南京微创医学科技有限公司和东南大学附属中大医院，以微纳生物医疗器械的设计理论、制造工艺、性能检测等共性关键技术为主要研究方向，开展血管支架、微流控生医检测芯片和单分子传感器的研究。研制具有自主知识产权的微纳医疗器械产品，打破国外产品的垄断，制定相关标准，从而不断提升江苏微纳医疗器械制造企业的创新能力和核心竞争力。

江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室现有教授5人、副教授4人、研究生近100名，拥有各种先进的微细加工系统和分析测试系统。近年来，实验室先后完成了国家973前期预研项目、自然科学基金和863计划等数十项纵向及大量横向科研项目。获得了江苏省科技进步一等奖一项、江苏省科技进步二等奖、三等奖多项，取得了良好的社会、经济效益。

江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室位于东南大学九龙湖校区机械楼二楼，已建成实验用房1000平米，其中建成150平米医用万级超净室和180平米恒温恒湿超净室；同时在共建单位南京微创医学科技有限公司建有实验与检测场地300平米。

实验室的建设和运行管理实行东南大学直接领导下的主任负责制。管理委员会成员由江苏省科技厅、东南大学和南京微创科学技术有限公司有关人员组成。实验室主任是最高行政和业务负责人，组织重大项目的申请与实施，制定实验室的发展规划，由东南大学聘任，任期四年。

自2003至2008年间，总共完成并承担国家863项目、国家973预研项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金项目十余项，并与美国加州伯克利分校等国内外多家科研单位以及相关企业建立了长期合作关系。

目前，实验室主任为易红教授，副主任为陈云飞教授与倪中华教授。

历史沿革

该实验室前身是东南大学机械工程系204学科组，2006学科组合并后，隶属于东南大学机械工程学院机械制造及自动化系。

实验室分为两个课题组，其中微纳机电课题组成立于2003年，专门从事微纳机电器件、微流体动力学和微尺度传热方面的研究工作；微纳生物医疗器械课题组成立于2004年，主要从事心脏血管支架以及生物芯片的研制与开发。自2008年起，两课题组合并，正式成立江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室。

研究方向：

[1]微纳医疗器械的工艺仿真。基于原子模型的动力学蒙特卡罗、元胞自动机等方法开展面向复杂三维微结构的复合加工工艺仿真计算与实验方面的研究。内容包括微纳医疗器件的体微加工表面形貌形成机制与质量控制、反应离子加工、薄膜沉积、刻蚀中表面活性剂的作用及解释。本方向将探索微纳医疗器件新工艺和新方法，研究微纳加工方法的机理及其多尺度仿真模型，开发微纳医疗器件的设计工具和系统集成技术。

[2]微纳流体动力学参数测量。在生医检测时，大多以非接触模式原子力显微镜(AFM)来进行测量，为了有效提高原子力显微镜在非接触模式下探针控制系统的稳定性，研究主动型探针需搭建生医样品的感测与检测环境、探针驱动控制系统、探针振幅感测系统以及探针谐振因子测量系统；设计出适用于空气、水溶液及真空的泛用型非接触式原子力显微镜系统。用于检测生物分子与流体分子间作用力，实现对单分子流体传感器的性能评价，以及进行纳米材料、纳米薄膜、微流控芯片等的观察与检测分析。

[3]微纳医疗器械的制造平台。（1）以微流控芯片为研究对象，基于“微全分析系统”概念，研究通过介电泳技术对全血样中的生物细胞进行快速标定、分离、隔离，通过对目标细胞进行自动检测与分析的机理及方法，提出一套切实可行的工艺方法和理论模型。 （2）以单分子传感器为研究对象，研究纳通道的制造工艺，包括纳米线模板工艺和电子束光刻工艺，设计、制造出基于场效应管的纳通道单分子传感器。

[4]微纳医疗器械的制造平台。以微创医用血管支架为研究对象,研究飞秒激光的加工工艺和机理，搭建飞秒激光加工平台；采用飞秒激光加工药载血管支架，研究飞秒激光加工过程中能量传递机理；通过对加工机理的研究，带动机械制造学科向先进制造、极端制造方向发展，推动微纳制造在医疗器械加工方面的应用水平。

[5]微纳医疗器械的纳米模拟。本实验室将开展分子动力学、从头算分子动力学、蒙特卡洛、数值算法的基础理论研究工作，基于并行机群，进行低维结构、微纳流体、固液界面、微尺度传热方面的数值模拟工作；开展纳通道内蛋白质输运的分子动力学仿真；研究纳米通道尺寸小于双电层厚度时，基于连续理论的泊松-玻尔兹曼方程和纳维-斯托克方程的适应性问题。

[6]微纳医疗器械设计理论。 在微纳米尺度下, 材料的力学性质如弹性模量、断裂强度及表面间摩擦力等因受到尺度效应、表面效应的影响而与宏观差异很大。了解微纳材料与结构的力学行为对于微纳医疗器件的设计优化是必要的，相关研究是理论和工程界共同关注的前沿问题，也是发展微纳米尺度力学学科的基础。本实验室开展将从事M/NEMS标准件库、标准加工工艺方面的建模与整理工作，为微纳制造工业界服务；在购买一批商业化设计软件的基础上，从事设计软件的二次开发，研发一批具有自主著作权的微纳医疗器械的设计软件。

合作交流

国际高校合作：

Vanderbilt University，2001年~迄今，与Li教授合作，开展微纳流体、微尺度传热方面的研究工作，发表学术论文10多篇（Department of Mechanical Engineering, Vanderbilt University, Nashville TN, 37235-1592）

University of Pennsylvania，2004年~迄今，与Lukes教授合作，开展微尺度传热的研究工作，合作发表学术论文5篇（Jennifer R. Lukes, Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics, Philadelphia）

University of California, Berkeley (UCB)，2001年~迄今，与Majumdar教授合作，开展微纳流体、微尺度传热方面的研究工作，发表学术论文5篇（Arun Majumdar, Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, California, 94720, Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Lab, Berkeley, California, 94720）

University of California, Riverside (UCR), 2007年~迄今，与Dames教授合作，开展纳米线和纳米管的热电光特性研究工作（Chris Dames, Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, California, 92521）

University of California, Santa Barbara (UCSB)，2007年~迄今，与Israelachvili教授合作，开展微系统及纳米材料/结构/器件的研发（Jacob Israelachvili, Department of Chemical Engineering, University of California, Santa barbara, California, 93106）

国际学术交流：

先后派出6名课题组的年轻同志出国和出境进行高访、博士后、进修；

有3人次担任国际重要学术会议的组织委员会委员、学术委员会委员、国际顾问委员会委员；5人次担任分会场主席。

邀请10名国际上著名教授来东南大学讲学与学术交流；

有15人次出席国际重要学术会议。

研究方向

（1）微纳生物医疗器械设计理论

在微纳米尺度下, 材料的力学性质如弹性模量、断裂强度及表面间摩擦力等因受到尺度效应、表面效应的影响而与宏观差异很大。了解微纳材料与结构的力学行为对于微纳医疗器件的设计优化是必要的，相关研究是理论和工程界共同关注的前沿问题，也是发展微纳米尺度力学学科的基础。

本实验室开展将从事M/NEMS标准件库、标准加工工艺方面的建模与整理工作，为微纳制造工业界服务；在购买一批商业化设计软件的基础上，从事设计软件的二次开发，研发一批具有自主著作权的微纳医疗器械的设计软件。

（2）微纳医疗器械的纳米模拟

本实验室将开展分子动力学、从头算分子动力学、蒙特卡洛、数值算法的基础理论研究工作，基于并行机群，进行低维结构、微纳流体、固液界面、微尺度传热方面的数值模拟工作；开展纳通道内蛋白质输运的分子动力学仿真；研究纳米通道尺寸小于双电层厚度时，基于连续理论的泊松-玻尔兹曼方程和纳维-斯托克方程的适应性问题。

（3）微纳医疗器械的制造平台：微创医用血管支架

以微创医用血管支架为研究对象,研究飞秒激光的加工工艺和机理，搭建飞秒激光加工平台；采用飞秒激光加工药载血管支架，研究飞秒激光加工过程中能量传递机理；通过对加工机理的研究，带动机械制造学科向先进制造、极端制造方向发展，推动微纳制造在医疗器械加工方面的应用水平。

（4）微纳医疗器械的制造平台：微流控芯片

以微流控芯片为研究对象，基于“微全分析系统”概念，研究通过介电泳技术对全血样中的生物细胞进行快速标定、分离、隔离，通过对目标细胞进行自动检测与分析的机理及方法，提出一套切实可行的工艺方法和理论模型。 以单分子传感器为研究对象，研究纳通道的制造工艺，包括纳米线模板工艺和电子束光刻工艺，设计、制造出基于场效应管的纳通道单分子传感器。

（5）微纳流体动力学参数测量

在生医检测时，大多以非接触模式原子力显微镜(AFM)来进行测量，为了有效提高原子力显微镜在非接触模式下探针控制系统的稳定性，研究主动型探针需搭建生医样品的感测与检测环境、探针驱动控制系统、探针振幅感测系统以及探针谐振因子测量系统；设计出适用于空气、水溶液及真空的泛用型非接触式原子力显微镜系统。用于检测生物分子与流体分子间作用力，实现对单分子流体传感器的性能评价，以及进行纳米材料、纳米薄膜、微流控芯片等的观察与检测分析。

研究成果

东南大学微纳医疗器械工程研究所通过多年的研究，在医用血管支架和非血管支架的结构优化设计、支架完整扩张过程的非线性有限元分析以及扩张过程仿真和实验等方面进行了大量的研究，并取得了一些研究成果，授权国家发明专利1项、授权实用发明专利2项，公示国家发明专利4项。在IEEE-EMBS、《机械工程学报》、《中国生物医学工程学报》等国内外核心期刊上发表与本课题相关的SCI或EI检索论文19篇，发表国际会议论文8篇，所发表的论文有一篇获南京市第六届自然科学优秀学术论文奖二等奖。

1.研究所承担或完成的项目有：

国家自然科学基金项目“载药纳米颗粒与血管支架自装配机理和方法的研究” （项目号：50475074）

教育部重点项目“纳米颗粒载药涂层支架的研究与开发”（106083）

江苏省自然科学基金项目“面向介入治疗的血管支架数字化设计及偶合扩张过程研究”（BK2005072）

2.发表的技术论文：

在IEEE-EMBS、《Nano Letter》、《Science　in China, E》、《中国机械工程》、《机械工程学报》、《中国生物医学工程学报》等国内外核心期刊上发表与本课题相关的SCI或EI检索论文数十篇，发表国际会议论文6篇，所发表的论文有一篇获南京市第六届自然科学优秀学术论文奖二等奖