印第安纳大学研究结合声波与人工智能加速生物医药研究

IU Research Combines Sound Waves And AI To Power Faster Biomedical Research | Mirage News

郭峰担任印第安纳大学布卢明顿分校智能生物医学系统实验室主任。

印第安纳大学卢迪信息、计算与工程学院的研究人员正通过将人工智能和机器学习应用于创新的芯片实验室技术——声流控技术，推动生物医药研究发展。声流控技术指利用声波操控液体中的细胞，其原理基于流体动力学。

将人工智能融入该技术可帮助科学家更快、更有效地发现新疗法。这项由印第安纳大学智能系统工程副教授郭峰领导的研究，近期获得美国国立卫生研究院150万美元资助。

"我们实验室的目标是利用人工智能和类器官计算——我们称之为'生物智能'——进一步推进或创新生物医学系统，解决医学、医疗保健和制药行业面临的挑战，"郭峰表示，他同时担任印第安纳大学卢迪学院智能生物医学系统实验室主任。

郭峰（右）在实验室显微镜下观察声流控芯片，杨洋在旁协助。杨洋是郭峰实验室的访问博士后研究员。

郭峰解释道，声流控技术运用流体动力学原理，通过声波在溶液中操控化学化合物或细胞等生物材料。该过程也被称为"声学镊子"，相比实验室中其他材料操控方法具有显著优势。郭峰在加入印第安纳大学前曾师从该领域先驱学者。

与传统液体处理方法（如移液）不同，声流控技术完全无需接触，降低了生物材料实验中易发生的交叉污染风险。

郭峰表示："该方法对活细胞无害，且无需使用荧光染料或放射性标记等化学标签。"

"声流控技术完全无接触、无标记且高度生物相容，"他补充道，该技术有潜力改进传染病研究、癌症研究和再生医学等多个医学研究领域。

显微镜下可直观展示声流控技术的强大功能。郭峰的研究团队制作的视频显示，溶液中混乱旋转的细胞仅通过声波即可转变为精确受控的动作，微观粒子随之整齐旋转并列队行进。

郭峰指出，将人工智能引入该系统有望实现复杂生物医学实验的实时监测和自适应控制。人工智能的反应速度远超人类科学家——后者需在每次分析系统变化后暂停实验以确定后续步骤。

相比之下，人工智能几乎能即时响应。例如，郭峰表示将人工智能应用于声流控技术可加速蛋白质分析或潜在药物化合物筛选——这两项技术在个性化医疗中至关重要，后者需要根据患者特定生物学特征定制药物和剂量。

"人工智能能帮助你生成最佳实验方案，"郭峰说，"它可提供动态反馈和动态监测，控制快速化学反应。"

液滴被滴加至声流控芯片上，该芯片利用声波引导溶液中的分子通过微流体通道。

郭峰已向印第安纳大学创新与商业化办公室披露的技术应用包括：快速分析药物化合物对肿瘤中免疫细胞相互作用的影响；利用声场刺激组织或器官（如神经元或肌肉）；甚至使用声疗贴片通过皮肤递送精确药物剂量。他还持有该技术的美国广泛专利。

凭借新的国立卫生研究院资助，郭峰计划在现有九名研究生、本科生和博士后研究员的基础上，招募一名新博士后研究员及若干本科生加入智能生物医学系统实验室。郭峰还共同主导一项与印第安纳大学医学院合作的1650万美元阿尔茨海默病研究项目，以及一项支持脑类器官计算技术的200万美元国家科学基金会奖项。这两个项目均采用智能声流控技术和器官芯片系统。

郭峰的研究已吸引多家医疗初创企业的兴趣，其中一家正考虑潜在技术授权。

"我们真正希望推动转化影响——寻找行业或临床转化医学的实际挑战，并将我们的努力成果投入实际应用，"他表示，补充道实验室目标不仅是推进声流控技术，更要追求对该技术具有最大现实影响力的应用。

"我的工作旨在促进医学、生物学和化学发展，但我接受的是物理学和工程学训练，"他说，"我常说科学家想理解世界，而工程师想改变世界。"

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