勇于冒险 甘于艰苦 乐于和谐

       为加强实验室安全管理，生医工系主任蒋兴宇教授于11月1日对课题组实验室和办公室开展安全检查，重点对实验室电气使用、化学试剂存放及作业环境进行了隐患排查。        实验室电气插线板的安全使用是电气安全隐患重点关注对象，蒋老师对组里插线板进行了全面检查，严厉禁止插线板置于地面、插线板串接、插线板功率过载，并指定学生对插座连接口松脱现象进行了全面排查和整改，杜绝安全隐患。        化学试剂存放管理是化学品全流程管理的重点，蒋主任对课题组化学品存放进行了全面检查。点对点要求学生做好化学品存放整改，不要将玻璃瓶装试剂放置在实验台架上，防止玻璃瓶掉落。同时要求各位同学对自配试剂做好标签，管制类化学品存放于管制品柜中并上锁管理。        其他隐患排查还覆盖特种设备安全、激光使用安全、病原微生物实验室管理、动物实验安全管理、实验室照明等。本次检查覆盖面广，检查内容全面，整改要求及时到位，对组内实验室办公室安全起到较大的督促警示作用。     采写：邓丹丹

       近日，南方科技大学生物医学工程系肖凯课题组在学术期刊Nature Communications上发表了题为“A nanofluidic chemoelectrical generator with enhanced energy harvesting by ion-electron Coulomb drag”的文章。生物系统通常依靠离子或者分子进行信息传输以及能量的交换和存储，而当前的信息技术依赖于电子的传输。虽然后者响应速度快，传输效率高，但磁场、高温和高湿等极端工作环境严重限制了电子器件的使用环境；与此同时，集成电路正在接近基于冯·诺依曼计算架构的摩尔定律的极限。近年来，受到生物系统的启发，基于离子-电子的耦合器件表现出优异的适应性、机械柔韧性和类生物特性，使它们成为先进智能电子设备和生物智能之间沟通的潜在桥梁。        离子-电子耦合通常发生在液体和固体界面之间。通常，耦合过程可以分为三种基本类型：双电层 （electric double layer，EDL） 电容过程；电化学氧化还原反应过程，以及赝电容过程。不同于上述被广泛研究和应用的离子-电子耦合过程，本文提出 “离子-电子”库伦拖拽效应，可实现离子电流和电子电流的直接交互和转换。库伦拖拽效应是指两个空间相近但彼此绝缘的导电层构成了电双层结构，在其中一层施加驱动电流会在另一层诱导产生开路电压，即产生层间拖拽效应。“离子-电子”库伦拖拽效应基于纳米流体内离子传输和半导体中电子传输的互相作用，进而实现离子-电子的耦合过程。具体来说，在纳米尺度下的离子移动行为可以诱导半导体中的自由电子移动，基于这一机制，本工作开发了一种纳米流体化学发电机。如图1所示，碳纳米管膜内的纳米离子流体由金属和氧气之间的自发氧化还原反应驱动。由于纳米离子流体中离子和空穴之间巨大的质量差距（105 to 106），基于动量守恒定律，大量的自由电子在碳纳米管膜中产生，进而实现了1.2 mA/cm2的放大电流。与此同时，单个纳米流体化学发电机单元可以产生~0.8 V的电压，并具有高达数十伏的线性可扩展性能。 图1. NCEG原理图及电输出特性：(a) NCEG的结构示意图：一个高度排列的多孔CNTM夹在一对金属电极之间，这对金属电极分别是金箔和含有铝衬底的导电碳带；(b) CNTM的形貌以及衬底AAO膜的XPS表征；(c)离子沿CNTM运动与CNTM中的自由电子被拖拽的离子库仑拖拽效应示意图；(d) NCEG在0.1 M NaCl电解液中产生的开路电压和短路电流密度。          众所周知，智能生物是基于离子定向流动（细胞上蛋白质通道控制离子输运）形成的电势信号（动作电位）进行信号的传递和信息的交互；和智能生物不同，固态电子器件是基于电势驱动的电子流动尽心信号的传输，如何构筑离子-电子信号交互体系进而实现生物-器件（脑-机）无障碍交互是未来人机交互愿景中最基本的科学问题。本工作报道的基于库伦拖拽效应的离子-电子耦合过程可实现“离子电流-电子电流”直接交互，有望搭建起电子信息和生物信息交流的新型高速通道。        南方科技大学为本论文第一单位，温州大学联合培养硕士生蒋义沙为论文第一作者，南科大生物医学工程系2022级博士生刘文超为论文共同第一作者，南科大王涛博士、云南大学王毓德教授、温州大学刘楠楠教授和南方科技大学副教授肖凯为论文通讯作者。本工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省重点实验室项目和深圳市科技创新委员会的支持。        原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52892-4          肖凯教授课题组（“神经仿生材料与器件”实验室）长期招聘博士后、科研助理和交流学生。课题组主要围绕“神经仿生材料、类脑计算器件、神经调控技术”开展化学、材料、电子、生物等多学科交叉研究，自2021年成立以来，课题组自主培养的学生以南科大为第一单位在Nat. Commun., Sci. Adv., Angew. Chem.,等杂志发表文章20余篇，课题组多位成员获批国自然面上项目（2项）、青年基金项目（3项）、博士后海外引才专项基金等。详细信息见课题组网站：http://www.xiaokai-group.cn/。

       在机器人辅助的下肢运动康复训练中，如何使外骨骼实时识别地形的变化并实现精准步态辅助？近日, 由南方科技大学生物医学工程系张明明副教授指导的本科生与硕士生，以共同第一作者身份在国际TOP期刊IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics发表了研究论文 “Predicting Continuous Locomotion Modes via Multidimensional Feature Learning from sEMG”。该研究提出一个针对人体步态意图预测的算法框架，获得了连续步态预测与生活化地形迁移能力。该论文共同第一的两位作者（本科生、研究生）分别获得美国马里兰大学帕克分校和英国爱丁堡大学的全额奖学金博士项目资助。        为实现对人体下肢的运动意图预测，提高下肢外骨骼在不同地形下的步态辅助控制策略的适应性。本团队提出了一种基于表面肌电（sEMG）信号的多维特征学习模型，通过端对端自动提取并学习时-空-频三个维度的sEMG信号特征，建立与下肢动作的映射关系，实现了连续步态意图预测。此外，研究提出的Adaptive Voting方法，在连续数据窗的预测结果中捕捉步态变化趋势，有效减少了预测结果中的扰动。本研究通过步态预测精度与提前预测时间进行了模型性能评估。        本研究探究了9种连续步态的预测（站立，跨越障碍，平地行走，上楼梯，下楼梯，上坡，下坡，侧跨步，后退步），其中涉及15个步态切换。通过12位被试者的研究数据验证表明，本方法有效提升了步态预测的准确率与鲁棒性。提前250ms预测时，Deep-STF+Adaptive Voting 方法获得95.58%准确率，显著高于SVM等机器学习方法和CNN等深度学习方法。其中，研究提出的Adaptive Voting方法，结构简单，易于与各种深度网络结合，提高了深度学习网络的预测结果鲁棒性。此外，通过不同的数据滑窗策略，本方法实现最优分类精度为96.6%，预测时间为31.47ms；当预测时间延长到371.58ms时，预测精度仍有93.22%。除了实验室场景的步态实验，通过小实验样本校准，本模型在4个生活化场景的新地形中得到很好的步态预测效果，达到96.27%准确率。        本项目获得国家重点研发计划项目支持，与天津大学孟琳老师和中科院深圳先进院邰艳龙老师团队展开项目合作交流。此外，本项目在国家级“大创计划”中获准立项。课题小组成员分别为本科生付沛文、张昱阳，熊雯萱以及硕士研究生钟文娟。经张明明老师与林雨洲博士的指导，不断探索，团结合作，克服困难，不断打磨完成研究论文的书写与发表。        在项目末期，团队成员均获得了丰富的科研经历与成果。其中，付沛文和钟文娟同学分别被马里兰大学帕克分校和爱丁堡大学的全奖博士项目录取，张昱阳同学获得保研名额并继续留在本团队深造，熊雯萱同学已前往新加坡国立大学进行为期两年的本硕“1+1”课程学习。   南方科技大学脑-机器人康复技术实验室PI简介： 张明明，IEEE Senior Member，南方科技大学生物医学工程系长聘副教授/博士生导师，脑-机器人康复技术实验室PI。主要研究方向包括康复机器人及力反馈触觉控制技术、人机物理与神经交互，和基于肌电/脑电信号的智能识别算法等。相关成果以第一或通讯作者身份发表在TFS、TII、TIE、T-Mech、TASE、TIM、TNSRE、RAL、JBHI、TBME、JNE、J NEUROENG REHABIL、J BIOMECH、ICRA/IROS等国际知名期刊或学术会议上，共计100余篇；已申请海内外专利40余项（授权20余项），出版英文专著1本。2019年起，担任高水平学术期刊IEEE TASE、IEEE TNSRE、IEEE RAL、IEEE TMRB编委等。国际学术报告10余次，包括在2021 IEEE RCAR做题为“任务导向性机器人辅助康复技术”的Keynote Talk等。近5年先后主持国家自然科学基金2项、科技部重点研发计划青年科学家项目、广东省杰青等重要课题。

       近日，南方科技大学生物医学工程系的博士一年级学生廖楚楚，以独立一作身份在工程领域的国际著名SCI期刊IEEE Internet of Things（中科院一区，TOP期刊）发表了研究论文“Camera-Based Heart Rate Variability for Estimating the Maturity of Neonatal Autonomic Nervous System”（将基于相机的非接触心率变异性监测用于评估新生儿自主神经系统发育的成熟度）。该研究获得国家自然科学基金委员会的官方报道与关注！ 基金委报道链接：https://www.nsfc.gov.cn/csc/20340/20343/68170/index.html 学术论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10623830       本研究属于多中心临床研究，与浙江大学丽水医院党委书记、院长纪建松教授（通讯作者）、深圳市第三人民医院党委副书记、院长卢洪洲教授（通讯作者），以及广东省政协常委、南方医院新生儿科主任杨杰教授开展深度紧密合作，在新生儿临床数据采集和分析方面获得大力支持！        为克服新生儿心肺功能发育不完善、无意识运动较多以及临床环境复杂等挑战，该医工团队针对性地提出了一个通过视频非接触监测心率变异性（Heart Rate Variability, HRV）的算法框架：通过自适应动态寻找皮肤灌注区域的策略和自主研发的脉搏波监测算法从视频中获取了稳健的脉搏波信号，并结合峰值检测和异常值识别实现了12维HRV指标的非接触视频监测。基于72名新生儿的临床研究表明，与从心电图-HRV（金标准）对标，相机-HRV的整体性能优于接触式血氧仪-HRV，对于新生儿的身体运动具有更强的鲁棒性。该团队进一步研究了相机-HRV与矫正胎龄的相关性，并探索了利用相机-HRV评估新生儿自主神经系统成熟度的可行性。基于监测的12维HRV指标，通过多种临床可解释性强的回归模型和分类器对矫正胎龄进行回归和分类（早产儿/足月儿）。实验结果显示，虽然相机-HRV在精准预测矫正胎龄上仍面临挑战，但在分类早产儿/足月儿上达到了90%的准确率和0.88的F1分数，表明其具备跟踪新生儿自主神经系统阶段性发育状况的潜力。该研究在实现非接触智能医疗监测技术国产化创新、优化新生儿监护管理、促进早产儿神经发育疾病早期诊断等方面具有重要意义。       此外，国家工业和信息化部科技司与国家药品监督管理局医疗器械注册司联合公示了《人工智能医疗器械创新任务揭榜挂帅优胜单位》，南方科技大学凭借“非接触智能生命体征监护仪”项目，荣获“人工智能医疗器械创新任务揭榜优胜单位”！        自2021年起，两部委启动人工智能医疗器械创新任务揭榜工作，遴选出221个具备显著创新能力的单位集中攻关，推动人工智能医疗器械创新发展，以更好地服务人民群众的生命健康。经过三轮从省市到国家的严格评审流程，南方科技大学以其自主研发的非接触视频生理监测技术成为“智能监护与生命支持产品”方向的揭榜单位之一。在为期两年的揭榜攻关阶段中，我系研发人员牵头联合深圳市第三人民医院（卢洪洲院长团队）和深圳市爱贝宝科技（iBaby）开展产品创新和临床验证，在条件极为艰苦的情况下（没有项目前置配套经费，自费做科研转化），省吃俭用、奋发努力完成了项目研发攻关，成功推出三款非接触生命监护产品并实现海内外量产销售，入选工信部养老产品推广榜单，发表54篇学术论文（22篇SCI期刊论文），申请发明专利14件（7件国际发明专利），获国家卫健委二等奖、三等奖，并最终通过了工信部-药监局两部委的联合技术测评。深圳市仅两家单位入选工信部本次揭榜挂帅生命监护类的“优胜单位”：南方科技大学和迈瑞医疗。        该医工团队将继续创新非接触健康监测技术，积极拓展其在医疗及民用市场的转化业务。课题组诚招干劲足的本科生、硕士生、博士生、博士后、科研助理和嵌入式算法工程师，欢迎联系：wangwj3@sustech.edu.cn

       2024年7月7日上午，深圳市科学馆内人头攒动，气氛热烈。由南方科技大学生物医学工程系计算神经与控制实验室倾力打造的“与人工智能同行”科普系列公开课，在此盛大启动。这场旨在启迪青少年对人工智能兴趣的活动，吸引了超过600位各界嘉宾、家长和小朋友们的积极参与，与会观众共同见证了一场科学与智慧的盛宴。 图1 公开课现场        启动仪式上，来自该实验室的在读博士生于浩作为主持人，首先向深圳市科技协会、深圳市科学馆表达了诚挚的感谢，尤其是对王栋会长及其团队的高效率工作和无私奉献致以崇高敬意，是他们的辛勤付出确保了公开课的顺利启动。同时，于浩还向深圳市电子学会新一代人工智能专业委员会、南方科技大学生物医学工程系、未来教育中心、南方科技大学新一代人工智能教育研究中心以及南方科技大学的韩蔚教授和澳门大学的伍海燕教授等关键支持者表示了由衷的感谢。正是这些合作伙伴的倾力相助，为活动的成功举办奠定坚实基础。 图2 嘉宾致辞        作为本次活动的核心策划者，南方科技大学助理教授刘泉影表示，她的心中始终怀揣着对科普教育的热忱和对青少年成长的关怀。为了让更多青少年领略到人工智能领域的博大精深，刘老师精心设计了这一系列前瞻性课程，旨在惠及广大青少年，激发他们对人工智能领域的兴趣与探索欲。        公开课的第一讲由南科大生物医学工程系在读博士生魏晨主讲，他以深入浅出的方式，向在场观众生动揭示了人工智能的魅力与挑战，并鼓励孩子们要敢于追寻自己的科学梦想，为未来的科技发展贡献力量。        活动现场氛围热烈，孩子们的脸上洋溢着对知识的渴望，家长们则对这样的科普活动给予了高度评价，认为它不仅拓宽了孩子们的视野，更激发了他们对人工智能的浓厚兴趣。 图3 公开课开讲        据悉，“与人工智能同行”系列公开课涵盖人工智能多个前沿领域，通过生动有趣的讲解与互动体验，让孩子们在轻松愉快的氛围中接触并了解最新的科技知识。本次活动的成功启动，标志着该系列课程正式拉开帷幕，未来将在7月份的每个周日持续进行，为更多青少年带来精彩的科普盛宴。        敬请关注后续课程，精彩内容，即将呈现！

       近日，南方科技大学生物医学工程系肖凯副教授团队和机械与能源工程系刘吉副教授、国家纳米中心涂斌副研究员在Device期刊上合作发表了题为“Artificial Nerve for Neuromodulation based on Structured Piezoionic Hydrogel”的研究型文章。        该研究受传入神经元触觉小体的压力感知机制启发（即压感离子蛋白通道），成功制备了基于定向微尺度纤维结构水凝胶的离子压电仿生神经元，利用结构化水凝胶中压力驱动的离子迁移实现压力传感、时空整合和神经调控等复杂功能，展现了其在神经假肢应用方向的潜力。        压力感知连接智能生命和外部世界，辅助生物感知环境变化，是人机交互的重要组成部分。为实现传感交互，传统压力传感系统需要高密度的传感器阵列以及光遗传学界面实现压力信号到生物电信号的转换，存在信号错配的问题。而生物感知系统是由机械感受器、传入神经和连接突触组成的“感算存”一体化系统，通过压力响应的Ca2+离子通道和膜电位响应的Na+、K+通道的离子传输，实现触觉感知和神经信号传递，能耗极低(<20 W)。因此，借鉴智能生命的感知机制，探索基于离子迁移的仿生压力感知神经元器件，很可能打破人机交互所面临的信号匹配和能耗问题。 图1 生物触觉感知系统和离子压电仿生神经元的工作机理示意        受生物触觉的启发，我们报道了一种基于结构化离子压电水凝胶的仿生神经元，具有压力传感，时空整合和神经调控的一体化功能（图 1）。组成仿生神经元的结构化水凝胶包含定向排列的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）微纤维，基于带电凝胶网络中离子扩散系数不同实现压力刺激到生物电信号的转换，压电转换灵敏度达到0.043 mV/kPa。进一步，通过搭建神经界面（图 2），仿生神经元的离子压电信号（电势幅度30 mV,电流密度 65 μV/cm2）可以直接被大鼠坐骨神经识别，并激发相连肌肉组织产生肌电信号。该离子压电仿生神经元可通过改变刺激频率和持续时间来激活外周神经和相连肌肉产生不同类型的肌电信号，为基于压力感知的神经接口通信提供了一种设想，在智能假肢应用领域具有很大发展空间。 图2 基于离子压电信号的外周神经电调控   文章信息： 第一作者：戴季卿 通讯作者：涂斌，刘吉，肖凯 合作单位：南方科技大学，中国科学院国家纳米中心，中国科学院大学 DOI: https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100436 免费下载链接: https://authors.elsevier.com/a/1jJzK9UPy1cQBh

我系张博副教授荣获“最受本科毕业生欢迎任课教师”

我系和爽、傅爽当选南科大2024年“十佳毕业生”

       2024年6月2日，由广东省生物医学工程学会主办，南方科技大学生物医学工程系承办的“第三届广东省大学生生物医学工程创新创业设计竞赛”决赛在深圳南方科技大学圆满落幕。本届竞赛首次采用了创新、创业两个赛道同场竞技，得到了广东省以及全国各大高校的积极响应，共收到241份参赛作品。经初赛评审专家匿名评审，60项作品进入全省总决赛角逐一、二等奖。 图丨参会人员合影        决赛开幕式上，广东省生物医学工程学会常务副理事长、中山大学教授张超致开幕词，深入阐述了本次竞赛的举办初衷和核心理念，对南方科技大学生物医学工程系在赛事组织中所展现出的严谨负责态度给予了高度评价，并代表广东省生物医学工程学会向大力支持此次竞赛的各兄弟高校及社会各界表示感谢。 图丨张超教授致开幕词        随后，南方科技大学党委副书记、工会主席张凌代表学校党委及全体师生，对远道而来的嘉宾、评委表示欢迎，并向所有积极参与本次竞赛的同学们表达诚挚祝愿。张书记的致辞不仅展现了南方科技大学对本次大赛的高度重视，也体现了学校对青年学生创新精神和创业能力的充分认可。 图丨校党委副书记张凌致词        南方科技大学工学院党委书记、副院长贡毅书记上台发言，他激励参赛同学们要勇于发挥想象，敢于创新，积极投身科技前沿，为生物医学工程领域的发展贡献青春力量。 图丨工学院党委书记贡毅致词        作为本次竞赛承办方负责人，南方科技大学生物医学工程系副教授张明明发言，详细解读了本次竞赛的规则与注意事项，确保比赛的公平公正。值得一提的是，本次现场决赛采用了全程网络直播，这不仅为竞赛营造了公开透明的良好氛围，也为广大观众提供了一个近距离了解生物医学工程领域创新成果的窗口。 图丨生医工副教授张明明致词        比赛现场，参与本次决赛的60支队伍根据参赛类别及抽签序号被分为五个分会场，同步进行项目展示和答辩。各参赛队伍精神饱满、表达流畅，面对专家们的提问，参赛选手们认真作答，虚心听取宝贵建议，展现了扎实的学术功底和谦逊的学习态度。整个比赛现场学术氛围浓厚，充分彰显了生物医学工程领域的创新活力和发展潜力。 图丨竞赛现场        来自全国各大高校、科研机构以及生物医药与健康产业前沿企业的25位资深专家学者组成了强大的评审团，对参赛作品进行了全面、细致的评审。经激烈角逐，本次生物医学工程创新竞赛15个作品凭借其卓越的创新性和实用性荣获一等奖，44个项目展现了出色的科研实力和应用价值，荣获二等奖。此外，还有66个项目在初赛阶段便凭借扎实的基础和独特的创意获得了三等奖的认可。南方科技大学生物医学工程系系主任、讲席教授蒋兴宇在点评环节表示，这些获奖作品不仅代表了生物医学工程领域的最新成果，也展现了参赛者们的创新思维和科研实力。 图丨生医工系主任蒋兴宇作点评        据悉，广东省大学生生物医学工程创新创业设计竞赛，旨在为广大学子提供一个展示才华、交流学习的平台，激发创新创业热情，培养具备创新精神和实践能力的生物医学工程人才。生物医学工程作为现代科技与医学领域深度融合的交叉学科，不仅推动了前沿科学进展，也为人类健康事业的发展注入了强大动力。 图丨获奖学生合影

       近日，南方科技大学生物医学工程系2021级本科生牟新语，以第一作者身份在国际著名SCI期刊Nature Scientific Data（影响因子9.8）发表了数据集论文“ChineseEEG: A Chinese Linguistic Corpora EEG Dataset for Semantic Alignment and Neural Decoding”（用于语义对齐和神经解码的中文语料库脑电数据集）。该研究为中文AI模型与脑电对齐提供了开放的数据集，引起国内外神经科学、自然语言处理、语言学领域的重点关注。        在当今社会，随着脑科学和自然语言处理等技术的不断进步，我们对于大脑与语言之间关系的探索也日益深入。通过分析丰富文本刺激所引发的神经信号，我们能更深入地了解大脑是如何处理语义信息的，这不仅能够提高我们对大脑编码机制的认识，还能为脑机接口中语义解码等一系列任务的设计和性能提升带来帮助。         在众多脑影像技术中，脑电图（Electroencephalogram，简称EEG）因其无创性、非侵入性、高时间分辨率以及低成本等优势，已成为脑机接口、语义解码等任务的热门技术，展现出广泛的应用潜力。目前，以外文自然语言为刺激的EEG数据集已相对完善。然而，面向大规模中文语料的脑电数据集构建仍然是一个空白领域，这一状况严重制约了中文语境下大脑语言表征机制的研究，同时也限制了基于中文语境的BCI技术的准确性。         因此，我们设计了一套针对中文阅读任务的实验方案，并基于这一方案构建了一个基于中文语料刺激的高通道EEG数据集ChineseEEG。图1展示了该数据集的实验范式和所收集的数据模态。在数据采集过程中，被试在静默状态下跟随屏幕上的高亮指示阅读中文读物《小王子》和《狼王梦》。该数据集收集了10名被试在中文阅读任务刺激下产生的高通道EEG数据和同步眼动数据，其中每位被试的数据记录时间长达12小时。除了长时间的EEG记录和眼动数据，我们还为该数据集提供了详细的EEG预处理方案（如图2所示），并提供了多个版本的预处理数据以供研究者使用。此外，该数据集还提供了使用预训练语言大模型提取的阅读刺激材料的语义嵌入，极大地便利了神经科学和自然语言处理领域的学者。该数据集已严格遵循脑影像数据存储规范BIDS格式进行了整合。其详细的结构如图3所示。 图1 实验设备，实验范式和相关数据模态   图2 数据预处理流程          ChineseEEG数据集为神经科学、自然语言处理和语言学领域的研究提供了重要支持。这一数据集不仅可作为中文语义解码等技术任务的基准，推动脑机接口技术的发展，还可促进科学问题的讨论，帮助研究者深入了解大脑在中文语境下如何处理和编码语义信息。此外，ChineseEEG数据集中提供的多模态和多版本预处理数据及衍生数据，将推动神经科学、自然语言处理与语言学等相关领域研究方法的融合，为跨学科研究提供宝贵的资源。例如，研究者可以利用这些数据探索如何有效地对齐大型语言模型与人类认知过程。最后，该项目所提供的任务范式、相关材料和开源代码，也为同行研究者进一步探索这一领域提供了参考。 图3 数据集结构          本研究获得天桥脑科学研究院（TCCI）MindD计划，澳门科学技术发展基金（FDCT），广东省自然科学基金，深港澳科技计划项目，澳门大学SRG资助的支持。        本研究通讯作者为南方科技大学生物医学工程系刘泉影助理教授和澳门大学认知与脑科学中心伍海燕助理教授。共同第一作者为南方科技大学生物医学工程系2021级本科生牟新语，澳门大学硕士生何翠琳和谭力维。牟新语同学目前在刘泉影教授领导的NCC Lab参与基于脑电信号的预训练大模型构建和语义解码数据集构建等科研项目，未来将在脑科学与人工智能的交叉领域继续深入研究！        此外，刘泉影老师指导的神经计算与控制实验室（NCC lab）本科生积极参与科研，研究成果丰富。其课题组本科生以第一作者身份在CCIE会议（夏中烨，22级本科生）、NeurIPS会议（黄日涵，20级本科生）、IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems（尹沫文，19级本科生）等会议和杂志发表成果。欢迎本科生们加入生物医学工程系刘泉影课题组NCC lab。     引用： Mou. X.#, He. C. #, Tan. L. #, Yu. J., Liang. H., Zhang. J., Tian. Y., Yang. Y., Xu. T., Wang. Q., Cao. M., Chen Z., Hu C., Wang. X., Liu. Q. *, & Wu. H. * (2024). ChineseEEG: A Chinese Linguistic Corpora EEG Dataset for Semantic Alignment and Neural Decoding. Biorxiv. https://doi.org/10.1101/2024.02.08.579481 #:共同第一作者 *:共同通讯作者  

       近日，南方科技大学生物医学工程系李喆副教授和普渡大学DNA纳米技术专家毛成德教授在学术期刊Science上发表了题为“Engineering colloidal crystals molecule by molecule”的展望性评述文章[1]（图1）。该评述介绍了同期Science期刊发表的两篇用DNA分子精确可控构建胶体晶体的研究论文，并对工作中的研究背景、技术要点和发展前景进行了评述。 图1 DNA胶体晶体的工程化构建[1]          基于分子设计的晶体工程已经为医学、催化、光学和电子学等领域带来了许多科学技术进步。区别于分子晶体，胶体晶体通常是由胶体粒子而非单个分子排列而成的高度有序结构。虽然科学家们对胶体晶体进行了长期的研究，但是与分子晶体所能达到的控制水平相比，在胶体晶体中实现高精度的结构设计和复杂的编程调控仍然是一个重要的挑战。        传统的胶体粒子在尺寸均匀性、形状控制、多分散性以及颗粒间相互作用的调节上存在许多局限性。相比之下，DNA 折纸——一种由成百上千条DNA单链自组装形成的纳米结构，可以对这些性质进行纳米级别精度的编程。尽管十多年前人们就意识到了 DNA 折纸在胶体组装中的潜力，但是实现DNA胶体晶体经历了漫长的试验和犯错。编程DNA胶体晶体存在许多挑战：例如，DNA结构和相互作用的柔性可能导致组装坍塌或扭曲；非特异性相互作用可能导致错误组装；过强的相互作用设计可能让DNA折纸微粒进入动力学陷阱而发生无规聚集，阻碍它们组装成热力学上更稳定的有序结构。        在最新一期Science中，慕尼黑大学Tim Liedl课题组Gregor Posnjak等人创建了一种基于DNA折纸的立方金刚石胶体晶体[2]。这种胶体晶体中，DNA折纸颗粒以与金刚石中碳原子相同的方式排列。金刚石这类晶格具有大的开放空间，从能量的角度来说是不稳定的，因此在过去的胶体晶体设计中的成功率很低。作者设计了一种DNA折纸四足体来实现金刚石胶体晶体的组装。四足体的四个臂沿着正四面体的方向延伸，每个臂的末端是单链DNA尾部。尾部携带互补的DNA序列，能够相互杂交引导相邻的四足体以60°交错的扭转角度连接。研究发现，两个相邻的四足体间需要形成交错而非重叠的构象才能引导正确的晶体组装。同时，DNA杂交的相互作用强度必须足够微弱，才能组装出晶面清晰、有序性强的金刚石胶体晶体。 图2 DNA折纸金刚石胶体晶体的分子设计和自组装[2]          在同期Science的另一篇研究工作中，亚利桑那州立大学Petr Šulc课题组Hao Liu等人建立了一个强大的计算实验框架，构建基于 DNA 折纸的胶体晶体自组装[3]。在模拟中，作者将 DNA 折纸视为表面上具有多个相互作用区域的球形颗粒，并使用反馈回路来推进有利于晶格形成的设计，并排除导致竞争性组装的设计。经过一定次数的迭代，作者在计算机上高产率地获得了烧绿石晶格（一种正四面体顶点相互连接的三维排列）。作者进一步在实验中将DNA八面体以及二十面体折纸组装成烧绿石晶格，证实了模拟结果。 图3 DNA折纸烧绿石胶体晶体的分子设计和自组装[3]          在评述中，李喆副教授和毛诚德教授指出，成功组装DNA胶体晶体的关键在于颗粒间相互作用的设计。在Posnjak等人的方法中，相邻四足体之间多个分子相互作用可以约束四足体的交错角度促进晶体组装；在Petr Šulc等人的方法中，模拟方法搜索和确定了多组相互作用，利用多价性和特异性将DNA折纸颗粒固定并堆积在所需的晶格位置。评述最后还对DNA胶体晶体领域的发展进行了展望：进一步调整设计参数和实验条件有望实现尺寸更大、组装更为有序的DNA胶体晶体，这会影响胶体晶体的性质并进步拓展它们的应用。通过设计单个DNA折纸颗粒及其相互作用，有望在胶体晶体实现前所未有的复杂晶体结构。这些新型的胶体晶体可以在与紫外线和可见光波长相当的长度尺度上排列材料元件，构建光学超材料。结合动态DNA纳米技术，这些高度可编程的胶体晶体可以被进一步设计成响应性和可重构的光学器件，并能够以以前无法达到的精度来操纵光。        南方科技大学为论文的第一单位，生物医学工程系李喆副教授是评述论文的第一作者和共同通讯作者。李喆副教授多年来致力于生物纳米技术的研究，特别是生物大分子的晶体设计。他在博士和博士后期间分别师从DNA纳米技术领域专家毛成德教授和蛋白质设计专家、美国科学院院士David Baker教授，提出了多种原创性的晶体设计思路和改造方法，包括高稳定性和动态响应性DNA三维晶体设计[4,5]，以及蛋白质三维晶体的计算设计[6]。例如，在2023年Nature Materials期刊上题为“Accurate computational design of three-dimensional protein crystals”的论文中， 李喆博士、王顺智博士和Una Nattermann博士提出了一种精确设计蛋白质三维晶体的通用方法。这种开创性的方法实现了原子级别精确的蛋白质晶体设计，并且在蛋白质分子的初级序列中编码了晶体材料的自组装信息，为结构生物学研究和生物材料工程提供了强大的平台。 图4 蛋白质三维晶体的计算设计[6]   论文链接： [1] https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp4370 [2] https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl2733 [3] https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl5549 [4] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06613 [5] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202200441?af=R [6] https://www.nature.com/articles/s41563-023-01683-1