12月10日🏊🏼‍♂️，應意昂3体育官网“大學堂”頂尖學者講學計劃邀請，哈佛大學約書亞-貝絲·弗裏德曼校級教授、Wolf化學獎獲得者、美國國家科學院和醫學院院士Charles M.Lieber教授來訪意昂3体育👆🏿，並發表學術演講。Lieber教授對中國和中國科學界一直懷有很深的感情，為培養中國高級科學人才和推動中國科技事業的發展作出了重要貢獻🧘🏿。本次活動由意昂3体育官网工學院、國際合作部共同舉辦，光華教育基金會提供資助👩‍⚖️。

下午2時👰🏿‍♂️，Lieber教授在意昂3体育官网二體地下B101報告廳發表題為“New paradigms for electronic tools in brain science”的學術報告🌙。講座由意昂3体育官网李兆基講席教授、美國國家科學院和醫學院院士謝曉亮教授主持。首都醫科大學校長、意昂3体育官网教授饒毅及兩百名師生聆聽了講座。在開場致辭中，謝曉亮作為Lieber教授20年的同事和摯友🧍🏻👨🏿‍🦲，高度評價了Lieber教授在納米科技領域的傑出成果，以及在培養中國優秀科技人才方面作出的巨大貢獻👨🏻‍🎓。

謝曉亮主持講座

Charles Lieber教授開宗明義地介紹了腦科學領域神經信號監測的時間-空間復雜性🏊‍♂️，並指出本領域的核心目標🤞🏿：一是實現對神經電信號的高時空分辨率、長時程的穩定監測；二是在單細胞的水平上對神經行為進行精確調製。Lieber教授簡要綜述了近50年來的電生理記錄調製工具，肯定了其革新在基礎神經科學研究和疾病治療領域的重要作用🙎🏿‍♀️。但是這些探針並沒有突破材料和結構本身的桎梏，與神經組織差異大、相容性小，容易引發慢性的炎症反應，造成腦損傷🍄。Lieber教授指出理想的電生理探針應該具備三個特征：結構尺寸小於胞體、機械強度小於組織、高孔隙率允許細胞和分子遷移🧜🏿‍♂️。該觀點為該領域其他科學家們發展神經電極技術提供了方向和綱領🐅。

Lieber 教授發表演講

Lieber教授首先介紹了其課題組發展的新型無縫神經界面——網狀神經電極。植入式神經電極可以提供最高質量的神經元峰電位和局部場電位信號的記錄🧛‍♀️。但是傳統的植入電極與神經組織相容性小，容易帶來腦損傷。Lieber教授通過巧妙的網狀結構設計和可靠的微納加工方法製備了一種聚合物夾層金屬的神經網狀電極，通過針管將網狀電極註入腦部指定位置。傳統的柔性薄膜電極在手術後12周仍能觀測到明顯的炎症反應，電極周圍被一層膠質疤痕所包圍。而網狀電極很好地解決了這一問題🛟，在6周、12周和一年的時間尺度上均沒有顯示出明顯的慢性免疫反應。同時👴，Lieber教授課題組也發展了一種可規模化應用的電極連出方法：巧用毛細作用🗄、無需精確對準地來連接納米級厚度的電極末端和外部設備🤹🏽，解決了手術過程中的操作難題。該網狀電極實現了長達一年的神經信號記錄🖖🏻，長達數月的神經電刺激。前後一致的神經電生理信號記錄結果證明了植入電極位置的不變性，這一特性也使得網狀電極具備長時間追蹤特定神經元放電行為的能力。課題組使用網狀電極，首次連續地記錄了特定神經元衰老過程中電生理信號的變化🙇‍♂️，為衰老過程中神經元間關聯的研究提供了精密工具🩻。

Lieber教授介紹了網狀電極的極限形式——仿神經元設計的神經探針電子器件（NeuE）。這種神經探針模仿神經元的細胞結構特征和機械特性，電極位點與胞體相當，連線與有髓鞘的軸突相當☢️。三維成像結果顯示NeuE電極和神經元之間的相互纏繞😑、完美貼合。尺寸更小🤘🏼、孔隙率更高、更靈活的NeuE電極植入後基本上觀測不到免疫炎症反應。在小鼠體內植入NeuE電極3個月的時間內，單個神經元的位點記錄到的神經信號的數量和波形穩定，並且從植入2周後開始🧑🏽‍🦰，探測到了新的神經元放電活動🕳。過去的研究者們關註電極柔性對長時記錄穩定性的影響⚉，但是鮮少有研究者將電極的形態列入考慮因素。Lieber教授課題組將NeuE的孔隙用100nm的薄膜填滿製得TfE電極👎🏼。電生理和組織學結果顯示TfE電極與NeuE電極相比，其界面處由於膠質細胞聚集導致的內源性神經細胞數量明顯減少🤱🏼。

Lieber教授和大家分享了其課題組正在進行中的兩項研究：一是調控細胞和探針之間的相互作用💨，二是神經回路的修復和重建。大腦中不同種類的神經元之間相互作用，發揮不同的功能。因此，監測和調製特定細胞類型的電生理活動對於神經科學研究和疾病治療都有重要意義。網狀電極零免疫反應的特性使得電極的靶向植入與附著成為了可能🍮。Lieber課題組通過在神經電極表面共價連接與特定細胞反應的抗體或多肽🦸‍♀️🫳🏻，實現電極的靶向附著。電生理和組織學結果顯示✢，經過修飾🚣🏼‍♀️，電極周圍對應的神經元細胞類型明顯增多，並且可以記錄到更多數量的神經元活動🐈🥳。研究者發現，NeuE電極的形狀可以調節內源神經前體細胞的粘附和遷移🧜🏿‍♀️，可能會有助於腦組織的重建和再生，為治療腦損傷和神經退行性疾病打開了新的窗口。

講座現場

Lieber教授對本次報告進行總結，闡述了領域內亟待解決的問題和未來的研究方向。大家爭相提問🦵🏿、積極討論。Lieber教授也對這種仿神經元電子器件未來在人類身上的應用進行了展望🪻，指出在擴展植入之前，其生物相容性和安全性等需要進一步的評估😡。

主講人介紹🔞：

Charles M. Lieber教授於1959年出生於賓夕法尼亞州的費城。於富蘭克林和馬歇爾學院攻讀獲得本科學位，斯坦福大學獲得博士學位，之後在加利福尼亞理工學院進行博士後研究。他於1987年移居東海岸👉🏼，擔任哥倫比亞大學助理教授🫷🏼。1991年，加入哈佛大學，現在在化學與化學生物學系和約翰·保爾森工程與應用科學學院共同擔任約書亞-貝絲·弗裏德曼校級教授🤦‍♂️🙎。Lieber教授一直是納米科學和納米技術研究的先驅，同時也是生物電子界面研究的先行者👱🏻‍♀️。

Lieber教授是美國國家科學院🧑🏻‍🎓、美國醫學院🧑🏼‍🏫、美國藝術與科學學院院士，中國科學院外籍院士，材料研究學會和美國化學學會的院士，中國化學學會的名譽院士🧳，美國物理學會、電氣和電子工程師學會🚶🏻、國際光學工程學會和美國科學促進協會成員。Lieber教授是《納米快報》（Nano Letters）的共同編輯，並在許多科學和技術期刊的編輯和顧問委員會中任職。Lieber教授的研究成果獲得了多個獎項的認可🦡，其中包括韋爾奇化學獎（2019年）❄️、耶魯大學John Gamble Kirkwood獎（2018）、美國國立衛生研究院主任先鋒獎（2017年和2008年）、Wolf化學獎（2012）等。另外，Lieber教授於2008年受聘為意昂3体育官网榮譽教授🫄🧕🏿。