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     杰弗里·卡普是生物工程師和仿生學從業者。他善于從自然靈感中創造醫學技術的突破。衛報最近寫到了他的工作，描述了他如何使用仿生方法來解決人類面臨的醫學問題。
    
     2005年的一個夏夜，馬薩諸塞州波士頓布里格姆婦女醫院的生物工程師杰弗里·卡普在他的同事的桌子上發現了一本雜志。他的眼睛被雜志中蜘蛛俠的全彩插入物吸引住了，所以他坐下來開始閱讀。
    
     該雜志的文章詳細介紹了研究人員如何開發出一種新的合成材料，模仿壁虎的肢體。這種仿生材料模仿壁虎肢體末端的微細絲狀支柱，使得壁虎能夠很容易地粘在表面上，并且很容易地與物體分離。他們相信這種新材料可以用來制造手套，讓特殊的戰士爬上像蜘蛛俠這樣的建筑物的外墻。
    
     看了這篇文章，Karp告訴我，我的大腦開始快速旋轉。他的個想法是利用新材料開發一種新型的醫用膠帶，可以代替手術縫合線和針。因為后者可能會損傷傷口周圍的敏感組織。世界知名的生物工程學家羅伯特·蘭格研制出一種可生物降解材料來融合人體內的傷口。卡普認為可生物降解膠帶比縫線和針更適合于復雜的外科手術，如胃腸搭橋手術中結扎小腸。外科手術。
    
     讀完雜志后的第二天早上，卡普走進蘭格的辦公室，和蘭格分享了這個發現，并獲得了研究經費。當他開始研究時，他發現僅僅靠新發夾的摩擦來制作磁帶是不夠的。他側壁，但為了固定人體組織的傷口，需要更強的粘附力。
    
     當卡普試圖將膠水涂到新材料的表面時，他發現膠水滲過細小的柱子，就像刷子上的蜂蜜；接下來，卡普試圖將柱子盡可能地集中在材料的表面上，但是沒有足夠的面積與人體組織接觸來產生隆起。因此，Kapp再次將柱子分開，并試圖將每根柱子膠合起來，而不是刷在新材料的表面上。最終，每當人體組織接觸到柱子，它就被牢固地吸收，Kapp就有了最終的解決辦法。
    
     馬薩諸塞州塔夫茨大學生物醫學工程系主任大衛·卡普蘭指出，這是一個很好的解決方案。2008，麻省理工學院的技術評論將Cap列為35年度世界上更的創新者之一。
    
     卡普，40歲，在BWH經營他的實驗室。它被業界譽為仿生科學家，經常從現存的自然界汲取精華來解決科學問題。壁虎醫用膠帶是卡普的個有價值的發明，因此卡普被認為是該領域的。公眾認為它的成功歸功于蜘蛛俠。蜘蛛俠海報張貼在他的辦公室，卡普在他的演講中穿著蜘蛛俠T恤。卡普目前的項目包括新的手術指甲，靈感來自豪豬*。這種手術指甲在皮膚上產生較少的傷口，防止細菌感染。此外，曹操正在研制一種類似于海生蠕蟲粘性分泌物的新型手術膠，這種膠足夠強壯，可以粘附到人體器官，包括心臟。
    
     尤其是，最后的研究足以使Karp成為生物工程領域的新星。Karp不僅發明了一種創新的概念，而且發明了一種實用的產品。Kapp實驗室的研究技術員Nick Sherman指出，當我們尋找解決方案時，我們不僅要堅持學術，不僅僅是發表文章，而且這項工作會幫助病人嗎如果不是，我們怎樣才能通過工作幫助他們
    
     今年早些時候，卡普的新手術膠在巴黎開始臨床試驗。與市場上的其他手術膠不同，這種手術膠與血液完全不相容，因此更適合粘附在血管、腸組織甚至骨頭上的孔上。呃，意思是說外科醫生不用開胸心臟手術就可以用它來修復心臟缺陷。法國巴黎蓬皮杜醫院的心血管外科醫生讓-馬克·阿爾薩克指出，這可能會改變我們的手術方式。
    
     蓋普實驗室成立于2007年7月，隱藏在馬薩諸塞理工學院附近一棟辦公大樓三樓的一扇白門后。進入實驗室，首先看到的是一套掛在入口處的白色實驗室外套，各種各樣的醫療用品。機械、藥瓶、試管、罐、消毒器和橡膠手套充斥著整個實驗室。俄亥俄州克利夫蘭凱斯西儲大學的生物學教授阿諾德·卡普蘭說，雖然許多實驗室正在做類似的工作，但情況與卡普蘭不同。
    
     每個星期三早上8點，Capp實驗室的所有員工都聚集在一個大會議室里討論想法。實驗室大約有25名員工，雖然學歷從本科生到博士后都有所不同，但研究精神是一樣的。加入了Capp的Thomas Kuncewicz一年前，在完成本科學位之前，實驗室現在負責兩個研究項目。他告訴作者每個人的經歷都不一樣。這才是最重要的。我們的研究并不存在于愚蠢的金字塔式領導結構中。卡普鼓勵員工在遇到問題或想法時及時與他們溝通。昆西維茨說，如果你給他發電子郵件，你會在五分鐘內得到答復，甚至在下午11點或凌晨3點，喲。你會在五分鐘內得到答復。
    
     實驗室吸引了許多杰出的科學家，甚至在動物園或水族館，考慮研究項目。幾年前，卡普的一個學生從野外旅行中帶回了一些豪豬刺。那時，卡普正在開發一種新型的外科釘子，經常用來縫合在手術過程中不能用手縫合的敏感組織。卡普仔細看了看豪豬刺，發現每根刺的末端都有幾個小刺，使整個刺看起來像鋸齒刀。卡普拿起幾根豪豬刺，放在下巴上以測試如何縫合刺傷皮膚和造成的傷害有多大。后來，卡普說，傷口出奇地小。
    
     在接下來的幾個月里，Capp研制出一種類似豪豬脊椎的外科釘，它有一個類似的鋸齒形的末端。對生雞的檢測表明，釘子容易穿透，傷口很小，對周圍組織的損傷很小。相比之下，目前使用的外科釘子很少。卡普實驗室獲得該手術指甲的專利權，現在正將其推向市場。卡普相信這種新的手術指甲可以顯著減少手術指甲扭傷引起的并發癥。外科手術期間的DS。
    
     對于卡普和許多人來說，大自然往往是解決科學和醫學問題的關鍵。從某種意義上說，這種方法允許科學家從數百萬年的進化中找到解決方案。對于像Kapp這樣的科學家來說，仿生學的吸引力在于，現今存在的每一種生物都在這里，它們實際上解決了進化的一些挑戰。事實上，我們被眾多的解決方案所包圍。進化是解決問題的更佳方法。
    
     紐約大學古蘭特數學研究所（CourantInstituteofMath.s）教授萊夫·里斯特羅夫（Leif Ristroph）指出，仿生學的一個顯著優點是，在某些情況下，它向我們提供了已經可用的解決方案。例如，綠葉就是天然太陽能板的一個好例子：科學家們長期以來一直試圖更好地理解光合作用，但是在我們真正收集和儲存太陽能之前，還有很長的路要走。能量就是這樣。
    
     近幾十年來，科學技術的進步使觀察自然變得更加方便，對自然的模擬和模仿也更加準確。日本鐵道集團關森。當火車告訴火車通過隧道時，大氣壓力的相應變化產生一個低頻波，它從隧道中擴散出來，在空氣中產生很大的噪音。噪音很大，甚至400米的居民也是如此。來自鐵路鐵軌的人會抱怨噪音。
    
     中津英治既是工程師，也是鳥類科學家。輪到自然考慮是否有辦法處理空氣阻力的突然變化。他想到了翠鳥，它長著扁平的喙，可以快速地從空氣中潛入水中，而不會引起太多的d。有鑒于此，英志中金對新干線500系列高速列車主軸箱進行了重新設計，使其更長、更平穩。這種新的設計成功地降低了空氣阻力30%。
    
     Nakatsu Eiji和新干線的故事是仿生學的經典。目前，世界上許多的學術機構，如哈佛、牛津、斯坦福大學和哥倫比亞大學，都開設生物工程課程。專注于仿生和生物創新項目，如基于白蟻巢穴的通風系統和類似于座頭鯨鰭的氣動風力渦輪機。
    
     但即使是相信仿生學可以解決最緊迫的人類問題的專家，如缺水、人口過剩和氣候變化，也相信這一領域的科學仍處于起步階段。通過模仿翠鳥的喙，我們還不能完全模仿或復制許多生物現象。
    
     紐約大學坦頓工程學院的教授毛里齊奧·波菲里指出，仿生學是理解自然和構思工程設計的手段，而不是教條主義。他長長的天空，也受到特定環境和條件的限制。甚至連紐約大學的數學家和物理學家、設計師雷夫·里斯特羅夫（Leif Ristroph）也承認，他不可能完全從鳥類或昆蟲身上復制機器人。他說，很清楚，鳥類啟發了獵戶座。GAIL設計的飛機，但早期的設計與鳥揮舞的翅膀無關。
    
     但是對于卡普來說，他并不意味著科學家可以直接復制自然。相反，卡普傾向于觀察解決問題的方法，并深入改進自然的設計。牛津大學動物學系生物力學教授阿德里安·托馬斯（Adrian Thomas）說，仿生學的關鍵是分析這些易熔的自然解決方案，然后在現有工程的背景下使用這些原則。簡單地復制自然原理是錯誤的，因為我們可以用更好的工程材料比用自然做得更好。
    
     雖然很少有研究實驗室只在仿生學上運行，但是Capp實驗室并不是的一個。自2009年開始運行的哈佛大學的懷斯生物啟蒙工程研究所，也是一個擁有375名全職員工的仿生工廠。一筆6億美元的贈款和慈善基金。在過去的三年里，惠氏公司創建了15家初創企業，擁有超過15000項專利，涵蓋了從醫療技術到機器人技術的一系列生物技術。它的產品包括自組織的微型機器人，可用于交通監控，以及農作物授粉，以及監測嬰兒心肺功能的床墊，允許實時監測嬰兒的呼吸。唐恩格爾（唐英伯）指出，卡普實驗室已經發展出許多令人驚奇的東西。但是我們的研發速度更快，我們可以承擔更多的風險，而且我們更有可能獲得技術上的成功。理論上和商業上。
    
     但是卡普的目標不是增加業務量。當實驗室成立時，卡普相信它可以使用仿生學來解決細胞遷移的問題，細胞遷移與細胞在生物組織周圍的移動有關，從而幫助組織形成、傷口愈合和免疫應答。同年，在一次生物醫學會議上，卡普被告知，他感興趣的就是演講中提到的壁虎磁帶。卡普說，每個人都在問我有關新的醫療磁帶的事。所以我想，也許我應該只關注醫療設備，這是一件令人興奮的事情。
    
     2009年8月的晚上，卡普收到波士頓兒童醫院的心臟外科醫生佩德羅·德爾·尼多的一封電子郵件。佩德羅·德爾·尼多在先天性心臟病患者的心臟手術中遇到了一個難題，這使得心臟的孔很難密封。J del Nido試圖縫合心臟的縫隙，周圍的組織會撕裂。他在Kapp的論文中了解到壁虎膠帶，他想請Kapp幫助開發類似的產品來幫助治療他的年輕患者。
    
     這給卡普帶來了新的挑戰。雖然家蜥蜴膠帶可以封住人體組織，如胃腸道，但它不能封住心臟。因為心臟不是靜止的，因為血液不斷地流出體外，所以它的運動非常劇烈。任何粘合劑的強度都必須很大。嗯。起初，卡普想弄清楚手術膠是否能夠幫助解決佩德羅·德爾·尼多的問題。手術膠能使手術傷口更快地粘合，尤其是當手術膠比縫線更有效時，不會損傷周圍的敏感組織。但現有的手術膠量很大。血液不能起到粘結作用，也不能與人體組織的運動粘結。此外，手術膠具有毒性副作用，在體內釋放甲醛。粘結時間超過30分鐘。但對于外科醫生來說，病人躺在手術臺上的時間越短，手術成功率越高。
    
     卡普告訴佩德羅·J·德爾·尼多他將開發一種新產品。但事實上，他不知道如何進行。家用蜥蜴膠帶只是一個學術發明，而且已經在老鼠身上進行了試驗。但是佩德羅·德爾·尼多需要的是一種用在人類心臟上的新產品。卡普意識到，如果他想要為了幫助佩德羅·J·德爾·尼多，他必須與那些把創造性想法轉化為產品的人進行深入的交流。卡普指出，學術發明不能直接幫助病人，因為它們太復雜了，不能以適當的成本大量生產。所以實驗室只是步。
    
     卡普決定建立自己的企業家、風險資本家、專利律師、監管者、顧問和商業經理人網絡。這些精英將指導卡普發明產品。在接下來的兩年里，卡普繼續與波士頓各地的風力投機者會面，參與到活動中。由當地律師事務所和生物技術公司贊助的聯系。他飛遍全國，向各種公司介紹他的發明。卡普說，我想做的是接觸更多的人，盡快把我的想法發給合適的人，然后付諸實施。
    
     今年6月的早晨，我陪著卡普參觀了波士頓的新英格蘭水族館。和科學家打交道總是有點尷尬，但是卡普似乎更平易近人。他又高又瘦，留著薄薄的胡須，經常用笑話來化解冗長的科學解釋。他經常如果我覺得無聊，打斷我。卡普也喜歡通過圖表來解釋他在說什么。卡普實驗室的研究人員謝爾曼告訴我，他是那種很少見的科學家，可以和任何人深入交流。卡普與高中生的談話與眾不同。SE與博士研究人員，從那些與其他醫生，但兩者都是令人愉快的理解。
    
     卡普出生于安大略省Petersburg。當他八歲的時候，他搬到了縣郊的一所房子里。這是他次住在郊區，那里有一個水牛農場和一個羊場。房子后面有一條小溪。卡普家的土地已經擴展到了森林的邊緣。卡普告訴我，我會在半夜醒來，看到草地上狼的眼睛。
    
     卡普喜歡到森林里去找蛇。稍微大一點兒，他會跑去捉青蛙。他還經常在傍晚時分在路上看狐貍，或者聽到附近灰貓頭鷹的叫聲。卡普說，對于一個以前沒有自然印象的孩子來說，郊區的生活是一個很大的轉折點。這就是一個我從來不知道的新世界。
    
     在水族館里，Cap帶我去了一個巨大的熒光池，里面裝滿了獅鬃水母，是世界上更大的水母之一。它的身體就像一個鐘形的罩子，直徑高達8英尺，它的觸角完全伸展到100英尺。Karp指出，問題往往是首先出現的，而不是解決方案。他看著獅子的鬃毛水母說：我們不是坐在水母前面，而是在想，‘我們能從這些水母身上開發出什么樣的醫療設備'但是我們有一個問題需要解決，這些水母可能會幫助我們。
    
     幾年前，Karp開始通過水母來改進現有的血液分析設備。這種血液分析設備主要用于檢測腫瘤手術后癌細胞是否轉移。該裝置類似于SIM卡大小的矩形芯片，底部填充可以附著在癌細胞上的抗體。血液流過裝置的頂部，在顯微鏡下可以觀察裝置內部是否捕獲了癌細胞。
    
     在早期，這種裝置的問題在于血液樣本太快，離抗體底部太遠，無法檢測癌細胞的存在。后來改進了裝置，縮短了裝置頂部和底部之間的距離，但血液樣本的流動數量。通過該裝置的ING也被減少，并且的結果仍然不可用。
    
     Karp想找到一種減緩血液中癌細胞并把它們附著到抗體上的方法。因此，Karp根據海蜇的觸角開發了一種基于DNA的觸角，而不是底部抗體。在早期的測試中，卡普發現他的新設計可以增加血液流量十倍，從而更準確地檢測血液中的癌細胞。
    
     2011年初，卡普請他的一個研究生瑪麗亞·佩雷爾幫他找到一種手術用膠水粘住佩德羅·德爾·尼多心臟手術中的孔的方法。佩雷拉說，我們對這個問題的定義是尋找一種無血的粘合劑，這種粘合劑易于實施，并且具有微創性。這可以很容易地被外科醫生應用。
    
     根據卡普的哲學，帕雷拉開始在大自然中尋找解決辦法。在一次實驗室會議上，她要求人們發郵件給大自然中潮濕生物的想法或照片。她收到了許多蛞蝓和蝸牛的照片。卡普說，我們開始思考當蝸牛襲擊時，蝸牛是如何粘在樹葉上的。為什么他們留下的痕跡不被雨水沖走那些分泌物是什么
    
     ，有人給卡普和帕雷拉發了一份關于沙蟲的研究論文的鏈接。這些沙蟲生活在加利福尼亞海岸的淺水區。它們分泌一種粘性物質。沙蟲用這種粘性物質把貝殼和沙子粘在一起，在水下筑巢。這種粘性物質排斥水，確保它的巢能夠承受波浪的沖擊。
    
     CAPP和Pereira開始設想一種可以結合器官、生物降解和不溶于血液和水的產品。
    
     2013年，卡普在巴黎生物技術公司董事長伯納德·吉利的幫助下共同創立了壁虎生物創新。帕雷拉后來成為該公司的研究主管。
    
     接下來，Parreira和Karp測試了各種膠水。每種膠水的粘度略有不同。有些膠水太薄而不能粘，有些膠水太粘，不能輕易地輸送到要粘結的組織上。而且，膠水粘附是不夠的。只有表面的組織，它必須滲透到組織內形成牢固的粘結作用，以防止空氣或血液的滲透。這時，卡普想到常春藤是如何附著在建筑物一側的。植物的根在建筑物上尋找裂縫并分泌一種粘性物質，將根向不同的方向分散。根開始螺旋上升，使植物處于較高的位置。Kapp指出，某些類型的手術膠與常春藤非常相似，因為它可以滲透到組織中。
    
     此外，Capp和Pera還開發了一種筆狀裝置，它能夠從發光二極管發射可見光，發光二極管與粘合劑發生反應，外科醫生可以在使用外科膠水之后使用這種裝置來粘合粘合膠。
    
     卡普首先在大鼠和豬身上測試了各種手術膠。最終產品的誕生完全是偶然的。最初卡普和佩雷拉在波士頓兒童醫院做了動物實驗，在活老鼠的心臟上開了一個洞，然后測試了由固體膠t制成的補丁。O密封了這個洞，但是從孔里流出的血太多了，這使得卡普的LED光筆沒用了。
    
     帕雷拉開始用液體膠水做實驗。她把液體膠水涂抹在大鼠心臟的洞上，卡普用LED光筆跟著它。卡普指出效果已經顯現。這種液體膠水排斥血液，血液完全粘附在毛孔上。我們完全封閉了洞而沒有這樣做。縫紉。六個月后，Kap Pereira檢查了老鼠，所有的東西都長得很好。心臟上的膠水隨著毛孔的不斷愈合而降解。
    
     去年春天，Karp在Zoobiquity的半正式學術會議上介紹了這種液體膠水。會后，一位名叫William Rosenblad的動物醫生走近Cap，問他是否愿意用外科膠水來治療牛頭犬。治療鼻-口瘺的方法，貓和狗的一種常見病，在嘴里造成一個大洞，通向鼻腔。卡普指出他看起來很急。他只是說：盡快給我液體膠。
    
     一周后，羅森布萊德用這種膠水封住了小帕皮嘴上的洞。兩周后，羅森布萊德和卡普被跟蹤檢查了牛頭犬的嘴，發現膠水起作用了，洞也完全封住了。牛頭犬的主人非常興奮，卡普說。他不斷重復，你改變了我的生活。
    
     3月，Gecko成功募集到2,250萬英鎊后，開始在巴黎的四家醫院進行外科膠水的臨床試驗。Kapp對36名患者進行了測試，其中大多數患者接受了血管重建，血管被切開以清潔或擴張以允許更好的血流。外科醫生Jean Marc Alsac說，實驗表明膠水止血迅速，病人在手術后三個月沒有不良反應。
    
     卡普計劃明年在美國各地進行臨床試驗，他希望手術膠水將成為手術設備的重要組成部分，并可用于減少患者的時間和并發癥。卡普還希望這種膠水可以用于微創外科手術。Kapp指出，在人體組織中有太多的手術干預，這種膠粘劑的粘附可以減少人體組織的干預。
    
     這種膠水的普及也有助于提高仿生學在醫學技術中的地位和作用。卡普指出，其他人會試圖看到類似的成功故事。首先，我并沒有真正把仿生學當作一種工具。這只是一個獨立的項目，我沒有意識到這個方法有多強大。
    
     今年夏天，當我去巴黎壁虎總部時，我提到了這種液體膠水的工作原理。Parreira用注射器抽出一點膠水，那是一種粘稠的黃色液體。她說，人體內有SSEL。她用一根細金屬棒把膠水涂在橡膠表面上，然后拿起一支LED光筆，照了五秒鐘。帕雷拉把橡膠遞給我，在這里摸了摸。
    
     膠水在橡膠表面形成了柔軟的涂層。我玩了一會兒，問帕雷拉能不能把這種膠水涂在自己身上。帕雷拉笑著搖了搖頭。你仍然需要等待。
    
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