1994 年，弗里兹尔女士带着她的四年级小学生乘坐神奇校车，在同学对抗感冒的同时，研究他身体内部的运作。他们神奇地缩小校车后，驶过同学的血液，观察到红细胞和白细胞协同工作，并险些被血细胞吞噬，当时校车被误认为是细菌。
三十年后，周伟发挥自己内
心的弗里兹尔女士的作用，利用纳米天线（细胞内部极其微小的电极）将她的卡通冒险变成现实。“我们希望从细胞内部获取信息，”布拉德利电气与计算机工程系副教授周说，“无论是代谢物分子、蛋白质生物标志物，还是遗传信息。但在不杀死细胞的情况下从细胞内部获取这些信息实际上是一个非常困难的挑战。”
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当今获取细胞信息的标准技术称为终点分析，即提取细胞进行研究，例如医生进行活检以诊断疾病或感染。医生使用针头或手术刀取出体液或组织，然后进行健康问题分析。然而，一旦活检提取细胞，它们提供的信息就有限了——细胞不再与活体生物系统相连。
使用小型生物接口工具——瑞士军刀：纳米光电极。
从小事做起，非常小事
作为电光混合设备和传感器，纳米光电极能够连续、实时地读取细胞分子的生化指纹和电活动。光电极的多功能性使其有别于其他生物接口工具，因为它融合了纳米天线（我们每天接触的大型天线的微型版本，例如无线电塔）和纳米电极（输送或输出电力的设备，如焊接工具或电池）。
光电极设计甚至模仿
了其全尺寸的同类产品，制成纳米柱的形状。从微观层面看，它看起来像埃菲尔铁塔，有坚实的底座和尖尖的顶部。
“由于纳米光电极的结构，它可以诱使细胞吞噬它，”周说。“我们使用短脉冲激光来诱导蒸汽纳米气泡的产生，这样该设备就可以穿透细胞膜并发出电信号。”
这种纳米气泡的生成被称为光电极化，即利用精确的热量暂时蒸发细胞膜上的小孔；这是周教授帮助开创的一种超精确、微创的纳米手术。与终点分析不同，终点分析需要从体内取出细胞并在提取数据的过程中永久破坏细胞，而光电极则进入细胞内部并留在那里，无需造成任何损害。
一旦进入细胞
纳米光电极就会利用具有机器学习 购买后电子邮件：7 个示例和技巧（+ 如何创建） 能力的人工智能 (AI) 来处理和发送细胞内数据。这就像在你的细胞内有一个微型医生团队，不断研究、测试和重新评估结果，并与“外部”团队分享。
虽然周教授的研究是从单个细胞和天线开始的，但他未来的研究方向是创建和部署大规模纳米光电极阵列，用于可穿戴或植入设备，超越当今的健身追踪器、智能手表和血压监测器。周教授特别感兴趣的是癌症和神经元细胞如何相互作用、抗体和免疫疗法。
周教授说：“生命系统，即人类系统，可能是最复杂的系统。我们目前缺乏从身体各个领域获取信息或揭开真正发生事情之谜的工具。”
个性化医疗的未来
目前最著名的个性化医疗 cw 线索 是靶向治疗——一种专门针对控制癌细胞生长、分裂和扩散的蛋白质的癌症治疗方法。由于癌症可能产生耐药性，这些疗法通常与化疗和放疗等导致癌细胞和健康细胞死亡的疗法结合使用。
但周教授的纳米光电极
不会伤害细胞，有助于解决医疗问题。电极的人工智能收集的数据可供医生从细胞层面真正了解患者的疾病并制定治疗计划。
我们的纳米光电极提
供更高质量的细胞内信息，并可以利用机器学习来识别和理解细胞内生化和生物电活动之间的详细模式，”周说。“我们可以在细胞网络层面真正了解患者、癌症和药物疗法。这对找到个性化治疗的最佳治疗方案非常有帮助。”
随着癌症治疗的不断发
展和患者之间的疾病差异，纳米光电极等个性化工具可以通过人工智能分析数据和连续传输体内信息的能力提供突破性的控制。它还可以减少对患者的影响，减少对组织样本的需求。
对于周来说，这些纳米光电极最根本的贡献之一就是对脑科学的贡献。这种生物接口工具可以植入大脑内部，接收生物电和生化神经活动。该技术可用于确定患者何时出现不良健康状况（如帕金森症）或精神疾病（如抑郁症）。
就像弗里兹尔女士无限，纳米光电极阵列的应用也是无穷无尽的。
“它最终是一个可扩展的实时信息转换接口，介于信息物理和生物生化领域之间——它可以用于人脑，也可以用于废水系统，”周说。“我们正在寻求生物学、食品科学、病毒和细菌检测，甚至慢性伤口监测方面的合作。所以，我们建造的并不是最终产品——而是平台技术。当我们拥有硬件基础设施时，它可以带来许多不同的应用。”
