<p>乍一看，你可能會看到日落時寧靜的湖泊，或者冬天盛開的樹上嬌嫩的花瓣。但仔細(xì)看看芝加哥大學(xué)化學(xué)教授田博之的作品，你可能會發(fā)現(xiàn)這些圖片并沒有完全捕捉到世界的真實(shí)情況。它們?nèi)诤狭俗匀粓鼍昂涂萍嫉陌凳?，就像他的研究融合了生物和合成系統(tǒng)一樣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>作為一名從事生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用半導(dǎo)體研究的材料科學(xué)家，田教授設(shè)計了刺激或調(diào)節(jié)部分解剖結(jié)構(gòu)(如心臟和神經(jīng)元)的設(shè)備。他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研究了近8年的一個項(xiàng)目是太陽能起搏器。該團(tuán)隊還在探索影響微生物的技術(shù)，包括一種可以調(diào)節(jié)腸道微生物群的可食用材料，這可能有助于治療炎癥性腸病等胃腸道疾病。</p> <p>&nbsp;</p> <p>田的研究靈感來自自然世界:它的形狀、紋理和圖案。這種影響彌漫在他的藝術(shù)作品中，通常與他的科學(xué)一起創(chuàng)作:河流景觀與納米線森林，神經(jīng)細(xì)胞被框成白雪皚皚的山。這些都是數(shù)碼創(chuàng)作的，但田先生從小就開始畫畫。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2020-09/tian.jpg?itok=tqYOS-BD" alt="Bozhi Tian" width="300" height="400" />&nbsp;</p> <p>在父親的鼓勵下，田勇三歲時就開始練習(xí)書法。他6歲開始畫畫，15、16歲開始嘗試設(shè)計軟件，當(dāng)時他的父親給他買了第一臺電腦。(大約在那個時候，他愛上了化學(xué)，并把更多的注意力放在了科學(xué)上。)他仍然喜歡制作模擬藝術(shù)，但覺得費(fèi)時。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在上海復(fù)旦大學(xué)獲得化學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位后，他對藝術(shù)和科學(xué)的熱愛開始融合。他加入了一個設(shè)計和合成多孔材料的研究實(shí)驗(yàn)室，這些材料具有納米級孔徑的有序和幾何結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)在自然界中也存在，但規(guī)模不同，田說。2D和3D的安排讓他著迷。&ldquo;它本質(zhì)上是一件藝術(shù)品。&rdquo;他想。</p> <p>&nbsp;</p> <p>田說，科學(xué)家和藝術(shù)家都必須具有創(chuàng)新性和想象力，在如何重新創(chuàng)造他們對世界的看法時受到啟發(fā)。這種多維度的創(chuàng)造力在他實(shí)驗(yàn)室的一個新研究方向上表現(xiàn)得尤為明顯，他稱之為&ldquo;合成現(xiàn)實(shí)&rdquo;。該團(tuán)隊專注于設(shè)計類似組織的材料，但不是傳統(tǒng)的組織工程意義上的材料(例如種植人工器官或直接用于醫(yī)療用途的材料)。他說:&ldquo;我們正在考慮更廣泛的問題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>想象一下，將有機(jī)組織融入你的周圍環(huán)境&mdash;&mdash;這是田最近去科默兒童醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)室與一位合作者會面時突然想到的一個想法。在那里，他突然想到，早產(chǎn)嬰兒的身體和情感需求本可以由母親的身體來滿足，但他們在一個基本上是有棒球襯里的盒子里接受治療。也許這個團(tuán)隊可以創(chuàng)造一個像子宮一樣的環(huán)境。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他說:&ldquo;我們并不真的需要現(xiàn)實(shí)，只要感覺像現(xiàn)實(shí)就行。&rdquo;&ldquo;那應(yīng)該夠了。&rdquo;同樣，一些弦樂器傳統(tǒng)上使用由動物腸道制成的腸子弦，它發(fā)出的聲音比鋼更溫暖。但人造的腸樣組織可能會產(chǎn)生同樣美麗的音調(diào)?，F(xiàn)實(shí):靈感來自自然，但在實(shí)驗(yàn)室制造。</p> <p>&nbsp;</p> <p>田認(rèn)為，將科學(xué)與設(shè)計相結(jié)合是一門好生意&mdash;&mdash;它通過交流來推銷創(chuàng)新。&ldquo;這有助于激勵人們，&rdquo;他說，&ldquo;通過講故事把我們團(tuán)結(jié)在一起。&rdquo;但他承認(rèn)，創(chuàng)作藝術(shù)也是一種妥協(xié)。他覺得畫插圖很放松，但有時會因?yàn)楹鲆曌约旱难芯慷械絻?nèi)疚。這樣他就不用做選擇了。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">變革的污點(diǎn)</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2023-01/Transformative-stain.jpg?itok=Rmf5tsbe" alt="Opalescent swirls on silicon membranes, as seen here under an optical microscope, with colors created from from a process called stain etching " width="808" height="455" />&nbsp;</p> <p>在光學(xué)顯微鏡下看到的硅膜上的乳白色漩渦，不是由染料或顏料產(chǎn)生的。這種顏色來自于一種叫做染色蝕刻的工藝，這種工藝會腐蝕硅的表面，留下散射光的洞，產(chǎn)生彩色的&ldquo;污漬&rdquo;。但這一過程不僅僅是制造出迷幻圖案&mdash;&mdash;它還制造出了功能類似太陽能電池的納米多孔材料。通常情況下，太陽能電池至少需要兩層不同的材料才能工作，但田先生的單層方法可以制造出柔軟、靈活、非常小的太陽能電池，可以在體內(nèi)使用。一根微小的光纖從外部攜帶光線為它們供電。&ldquo;這是革命性的，因?yàn)闆]有蝕刻，材料幾乎是無用的，&rdquo;田說。但經(jīng)過一個簡單的雕刻過程，它可以把光變成電，幫助心臟跟上節(jié)奏。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">生物電子學(xué)正在崛起</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2023-01/Bioelectronics-on-the-rise.jpg?itok=A39pabWC" alt="A superimposed photograph of a flexible bioelectronic device onto a Chicago harbor" width="808" height="455" />&nbsp;</p> <p>為了表示電子和細(xì)胞無縫集成的接口，田創(chuàng)建了這張合成圖像，將一張柔性生物電子設(shè)備的照片疊加在芝加哥港口上。圖像的下半部分顯示，該設(shè)備本身是一個復(fù)合材料:一卷工程血管組織，其中嵌入了電線，有朝一日可能能夠測量血液中的蛋白質(zhì)或其他化學(xué)物質(zhì)。田教授使用垂直元素&mdash;&mdash;前景電極網(wǎng)格和背景桅桿&mdash;&mdash;來&ldquo;暗示生物電子學(xué)領(lǐng)域的向上發(fā)展&rdquo;。田先生對色彩非常敏感，他選擇了溫暖的色調(diào)，&ldquo;給人一種和諧和積極的感覺&rdquo;，他指出港口是一個安全舒適的地方。&ldquo;雖然背景和前景展示了非常不同的物體。&rdquo;田說，他們的并置呈現(xiàn)了一種共同的精神。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Nano-neuro花朵</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2023-01/Nano-neuro-blossoms.jpg?itok=vDrA1mkP" alt="A plum blossom tree with branches made from neuron dendrites as seen under an optical microscope." width="808" height="455" />&nbsp;</p> <p>田教授介紹了一棵梅花樹，強(qiáng)調(diào)了最近在神經(jīng)傳感和調(diào)節(jié)方面的突破，以及生物材料治療神經(jīng)疾病的潛力。在光學(xué)顯微鏡下，它的分支是神經(jīng)元樹突&mdash;&mdash;像樹一樣的突出物，攜帶來自其他神經(jīng)元的信號。田田引用了中國傳統(tǒng)繪畫的元素:彌漫的輪廓，黑色和暗紅色的調(diào)色板，以及角落里的紅色印章。梅花是中國的國花，有著特殊的意義。這種在冬天開花的植物象征著毅力。&ldquo;這是我想要強(qiáng)調(diào)的關(guān)鍵信息。這是一個艱難的領(lǐng)域。&rdquo;田說，他是芝加哥大學(xué)唯一從事生物電子刺激接口工作的教師。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們需要堅持不懈才能真正推進(jìn)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">納米線生物</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2023-01/Nanowired-bioelectrics.jpg?itok=Lp3shmL2" alt="A desert landscape created from semiconductor nanowires" width="808" height="455" />&nbsp;</p> <p>從研究生開始，半導(dǎo)體納米線就在田教授的研究中發(fā)揮了重要作用。他說，在這種情況下，每個元素都代表了細(xì)胞或納米線的特征，并&ldquo;告訴你整個納米線生物電子學(xué)領(lǐng)域是如何發(fā)展的&rdquo;。山是細(xì)胞;河流是細(xì)胞外基質(zhì)(細(xì)胞間蛋白質(zhì)和其他分子的網(wǎng)絡(luò));這個橋是一個細(xì)胞間的納米管(細(xì)胞之間的導(dǎo)管);太陽是一種細(xì)胞外囊泡(一種膜包裹的小球，有助于細(xì)胞間的交流)。遠(yuǎn)處的綠色樹木代表早期的研究，主要集中在直線上。下游的樹枝狀灌木和鋸齒狀圓木表明了新型納米線的幾何形狀。在山體表面彎曲約60度的電線描繪了一個記錄細(xì)胞內(nèi)部信息的設(shè)備&mdash;&mdash;這是田博士研究的一部分。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">刻曲率</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2023-01/Engraved-curvature.jpg?itok=gE03nUUa" alt="A 3D nanostructures using atomic gold as a lithographic mask, complex shapes are chemically etched into silicon " width="808" height="455" />&nbsp;</p> <p>從研究生開始，半導(dǎo)體納米線就在田教授的研究中發(fā)揮了重要作用。他說，在這種情況下，每個元素都代表了細(xì)胞或納米線的特征，并&ldquo;告訴你整個納米線生物電子學(xué)領(lǐng)域是如何發(fā)展的&rdquo;。山是細(xì)胞;河流是細(xì)胞外基質(zhì)(細(xì)胞間蛋白質(zhì)和其他分子的網(wǎng)絡(luò));這個橋是一個細(xì)胞間的納米管(細(xì)胞之間的導(dǎo)管);太陽是一種細(xì)胞外囊泡(一種膜包裹的小球，有助于細(xì)胞間的交流)。遠(yuǎn)處的綠色樹木代表早期的研究，主要集中在直線上。下游的樹枝狀灌木和鋸齒狀圓木表明了新型納米線的幾何形狀。在山體表面彎曲約60度的電線描繪了一個記錄細(xì)胞內(nèi)部信息的設(shè)備&mdash;&mdash;這是田博士研究的一部分。</p> <p>&nbsp;</p> <p>刻曲率</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.uchicago.edu/sites/default/files/styles/full_width/public/images/2023-01/Light-excitement.jpg?itok=tyRAg0Np" alt="A scanning electron microscope image that shows a neuron with a silicon nanowire, which creates the appearance of a window covered in ice." width="808" height="455" /> 想象一下，一個白雪皚皚的山頂上，一根貢多拉纜繩橫跨在山頂上，但只是在納米尺度上。2018年冬天發(fā)表的一篇文章附帶的這張掃描電子顯微鏡圖像顯示，一個神經(jīng)元頂部有一根硅納米線，其工作原理類似太陽能電池。當(dāng)田把光照射到電線上時，它將光子轉(zhuǎn)化為電能，刺激或興奮神經(jīng)元。例如，這項(xiàng)技術(shù)可以激活或抑制神經(jīng)元，并有助于治療神經(jīng)性大腦疾病或恢復(fù)受損視網(wǎng)膜的視力。大多數(shù)神經(jīng)激活方法要么是機(jī)械侵入性的，要么需要對靶細(xì)胞進(jìn)行遺傳操作。田說，就像他們正在研究的神經(jīng)元一樣，&ldquo;我們非常興奮&rdquo;，看到設(shè)備工作。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>