2004年，亚利桑那州立大学开设了一个与众不同的研究机构——生物设计研究所。该研究所旨在通过借鉴自然界优雅的设计来解决社会最艰巨的挑战。研究所的中心不是按照传统的学术单位组织，而是围绕需要解决的问题形成，从治疗疾病到去除水中的有毒化学物质。
“生物设计不仅致力于跨学科研究，而且这种理念已深深植根于研究所。”生物设计研究所执行主任兼个性化诊断中心（Biodesign Virginia G. Piper Center for Personalized Diagnostics）主任Joshua LaBaer说，“例如，在个性化诊断中心，我们有生物学家、生物化学家、软件工程师、机械工程师和临床信息学家共同致力于疾病的早期检测和创新诊断方法。”
生物设计研究所的物理设施设有玻璃墙实验室，便于高度可见，同时提供了充足的社区聚集空间，这些设计鼓励了思想的交叉融合，使意想不到的合作得以蓬勃发展。今年是生物设计研究所成立20周年，我们邀请各中心主任分享他们受自然启发的目标、成功故事以及与学生和跨学科合作的经验。以下是经过编辑的回答，以确保简洁明了。
您的中心如何造福社会？
“试着想象一天没有塑料的生活，你可能无法做到。今天面临的问题是塑料具有重要价值的结果。作为科学家和工程师，我们发现了塑料材料。现在我们需要让这些材料更加可持续。”——Tim Long，可持续大分子材料与制造中心（Biodesign Center for Sustainable Macromolecular Materials and Manufacturing）
“到2040年，全球将有2500万至3000万人患有阿尔茨海默病，1500万人患有帕金森病。我们的中心致力于减轻阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的症状，并最终找到治愈方法。”——Jeffrey Kordower，ASU-Banner神经退行性疾病研究中心（ASU-Banner Neurodegenerative Disease Research Center）
“微生物组的研究将彻底改变医学。我们正在领导研究肠道细菌与自闭症、肥胖和其他代谢问题之间的联系。我们的团队创建了基础性知识，以开发基于微生物的健康干预措施和诊断方法，从而改善人类健康。”——Rosa Krajmalnik-Brown，通过微生物组促进健康的中心（Biodesign Center for Health Through Microbiomes）
“我们专注于更快速和准确的DNA测序目标。目前，DNA测序仍然过于昂贵，无法成为护理点工具。许多治疗方法都强烈依赖于疾病的独特特征和患者的个体差异，而这些只有在个体测序广泛普及的情况下才能获得，就像血细胞计数一样便宜和快速。”——Stuart Lindsay，单分子生物物理学中心（Biodesign Center for Single Molecule Biophysics）
您最大的成功故事是什么？
“我们的中心在将技术转化为实际应用方面非常成功。例如，Erica Forzani与NJ Tao合作，开发了一家名为Breezing的初创公司，该公司通过分析呼吸来直接监测人们的代谢率。”——Joshua Hihath，生物电子学和生物传感器中心（Biodesign Center for Bioelectronics and Biosensors）
“我们开发了膜-薄膜技术，可以减少水污染物如硝酸盐和高氯酸盐。此后，我们发现膜-薄膜技术还有许多其他用途。其中最令人兴奋的是，我们可以用它来破坏PFAS，即‘永久化学品’，因为它们不会在自然条件下分解，而在食物链和人体中积累。”——Bruce Rittmann，Swette环境生物技术中心（Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology）
“我们的一些显著工作包括发现三氯卡班和三氯生为全国优先污染物。我们的研究为美国食品药品监督管理局（FDA）在2017年禁止三氯卡班、三氯生和其他17种抗菌剂奠定了基础。”——Rolf Halden，环境健康工程中心（Biodesign Center for Environmental Health Engineering）
如果有人给您的中心1亿美元，您会怎么用？
“我们将专注于开发一种‘通用诊断系统’，可以检测和识别各种疾病。为每种疾病、生物标志物、化学物质或其他目标开发传感器需要大量的开发时间。理想情况下，可以开发出一种系统，能够快速调整以检测大量潜在目标。”——Hihath
“我将把大部分资金用于评估潜在治疗药物的巨额费用。这包括临床前和临床研究。这些活动耗时且非常昂贵。”——Sidney Hecht，生物能学中心（Biodesign Center for Bioenergetics）
“我将利用这笔资金完成我们的测序技术并将其商业化。为了使技术足够快和足够便宜，我们需要拥有数十万个设备的芯片。这需要将工艺转移到现代半导体工厂，这是一个非常昂贵的过程。”——Lindsay
学生如何参与您的工作？
“我们的第一个紧凑型加速器CXLS是由30名本科生和5名研究生与5名科学家合作建造的。学生们带来了新的想法和项目。例如，我们与梅奥诊所开展了一项关于非酒精性脂肪肝病的合作项目，这是因为我的研究生Michael Morin主动联系了一位临床医生，并每周与凤凰城儿童医院患有早期非酒精性脂肪肝病的儿童一起工作。”——Petra Fromme，应用结构发现中心（Biodesign Center for Applied Structural Discovery）
“当我刚来到ASU时，我在一门本科课程中做了一次讲座，并告诉学生们任何想做研究的人都可以来找我。第二天，我门外有9名学生，我都收下了。我之所以取得成功，部分原因是我的导师向我展示了科学的激动人心之处，我也努力为学生提供这样的环境。”——Kordower
“中心的大多数研究都是由研究生和本科生进行的。这包括开发研究概念和计划、编写代码、运行计算实验和传播结果。”——Stephanie Forrest，生物计算、安全和社会中心（Biodesign Center for Biocomputing, Security and Society）
您中心的一个受自然启发的研究例子是什么？
“自然利用材料的效率远高于我们。例如，蜂巢和仙人掌内部的厚实硬壁茎是高度有序的结构，具有多孔性，因此在相对少量的材料下拥有较大的表面积。我们正在进行大量关于非固体物体的研究。如果我可以将一半的塑料替换为空气，那么我就解决了问题的一半。”——Long
“一个例子是将阳光转化为化学能量，这是自然界25亿年前发明的。通过揭示自然界如何催化这一由阳光驱动的过程的秘密，我们将能够建立既像自然界一样高效又像人造系统一样稳定的系统。”——Fromme
“我们的中心探索生物学和计算之间的深层联系。我们在网络安全方面面临的挑战在许多方面类似于自然界免疫系统解决的问题。”——Forrest
“我们正在开发一个新的进化细胞生物学领域。进化生物学和细胞生物学都是非常复杂的领域，但它们几乎没有任何接触，尽管所有生物学现象都始于细胞水平。当前对人类社会的许多威胁本质上都是进化的，如新病原体的出现、外来物种的威胁、人体内的癌变突变细胞以及适应全球变暖的能力。”——Michael Lynch，进化机制中心（Biodesign Center for Mechanisms of Evolution）
生物设计如何促进跨学科合作？
“仅仅是去咖啡馆喝杯咖啡往往会导致新的合作项目！例如，我们与ASU-Banner神经退行性疾病研究中心在阿尔茨海默病方面的新合作。还有与多个生物设计中心以及北亚利桑那大学在能源部拨款下的碳捕获技术方面的新合作。所有这些新项目都将使用我们中心的技术。”——Fromme
“我参与的大多数外部合作涉及双方贡献其已建立的技能，以扩展他们正在进行的努力。相比之下，我在ASU最成功的合作更为广泛，将我们带入了全新的领域。我认为这反映了生物设计的跨学科研究文化。”——Hecht
“我们在中心所取得的成就如果没有将多个学科汇集在一个屋檐下的做法是不可能实现的。我认为这鼓励了本来不可能发生的交流和合作。一个例子是我们与生物计算、安全和社会中心的合作。Stephanie Forrest联系我们，我们一起开始研究废水监测的隐私问题。”——Halden
您最喜欢在生物设计工作的什么？
“说‘我们从事高风险科学’是一回事，但说‘当风险没有成功时，我们容忍失败’则是另一回事。高风险研究意味着我们经常会失败，提供一个理解这一点的环境对于催化重大发现至关重要。”——Forrest
“生物设计是一个绝对美丽的设施，拥有一群充满激情的人和一个宏大的愿景，旨在改变世界。正是这种激动人心的感觉让每天早晨上班变得特别酷。”——Long
“我最喜欢在生物设计工作的是那种感觉，如果你能梦想它，你就能实现它。”——Krajmalnik-Brown
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