乍一看，你可能会看到日落时宁静的湖泊，或者冬天盛开的树上娇嫩的花瓣。但仔细看看芝加哥大学化学教授田博之的作品，你可能会发现这些图片并没有完全捕捉到世界的真实情况。它们融合了自然场景和科技的暗示，就像他的研究融合了生物和合成系统一样。

作为一名从事生物医学应用半导体研究的材料科学家，田教授设计了刺激或调节部分解剖结构(如心脏和神经元)的设备。他的实验室已经研究了近8年的一个项目是太阳能起搏器。该团队还在探索影响微生物的技术，包括一种可以调节肠道微生物群的可食用材料，这可能有助于治疗炎症性肠病等胃肠道疾病。

田的研究灵感来自自然世界:它的形状、纹理和图案。这种影响弥漫在他的艺术作品中，通常与他的科学一起创作:河流景观与纳米线森林，神经细胞被框成白雪皑皑的山。这些都是数码创作的，但田先生从小就开始画画。

在父亲的鼓励下，田勇三岁时就开始练习书法。他6岁开始画画，15、16岁开始尝试设计软件，当时他的父亲给他买了第一台电脑。(大约在那个时候，他爱上了化学，并把更多的注意力放在了科学上。)他仍然喜欢制作模拟艺术，但觉得费时。

在上海复旦大学获得化学学士和硕士学位后，他对艺术和科学的热爱开始融合。他加入了一个设计和合成多孔材料的研究实验室，这些材料具有纳米级孔径的有序和几何结构。这样的结构在自然界中也存在，但规模不同，田说。2D和3D的安排让他着迷。“它本质上是一件艺术品。”他想。

田说，科学家和艺术家都必须具有创新性和想象力，在如何重新创造他们对世界的看法时受到启发。这种多维度的创造力在他实验室的一个新研究方向上表现得尤为明显，他称之为“合成现实”。该团队专注于设计类似组织的材料，但不是传统的组织工程意义上的材料(例如种植人工器官或直接用于医疗用途的材料)。他说:“我们正在考虑更广泛的问题。”

想象一下，将有机组织融入你的周围环境——这是田最近去科默儿童医院重症监护室与一位合作者会面时突然想到的一个想法。在那里，他突然想到，早产婴儿的身体和情感需求本可以由母亲的身体来满足，但他们在一个基本上是有棒球衬里的盒子里接受治疗。也许这个团队可以创造一个像子宫一样的环境。

他说:“我们并不真的需要现实，只要感觉像现实就行。”“那应该够了。”同样，一些弦乐器传统上使用由动物肠道制成的肠子弦，它发出的声音比钢更温暖。但人造的肠样组织可能会产生同样美丽的音调。现实:灵感来自自然，但在实验室制造。

田认为，将科学与设计相结合是一门好生意——它通过交流来推销创新。“这有助于激励人们，”他说，“通过讲故事把我们团结在一起。”但他承认，创作艺术也是一种妥协。他觉得画插图很放松，但有时会因为忽视自己的研究而感到内疚。这样他就不用做选择了。

变革的污点

在光学显微镜下看到的硅膜上的乳白色漩涡，不是由染料或颜料产生的。这种颜色来自于一种叫做染色蚀刻的工艺，这种工艺会腐蚀硅的表面，留下散射光的洞，产生彩色的“污渍”。但这一过程不仅仅是制造出迷幻图案——它还制造出了功能类似太阳能电池的纳米多孔材料。通常情况下，太阳能电池至少需要两层不同的材料才能工作，但田先生的单层方法可以制造出柔软、灵活、非常小的太阳能电池，可以在体内使用。一根微小的光纤从外部携带光线为它们供电。“这是革命性的，因为没有蚀刻，材料几乎是无用的，”田说。但经过一个简单的雕刻过程，它可以把光变成电，帮助心脏跟上节奏。

生物电子学正在崛起

为了表示电子和细胞无缝集成的接口，田创建了这张合成图像，将一张柔性生物电子设备的照片叠加在芝加哥港口上。图像的下半部分显示，该设备本身是一个复合材料:一卷工程血管组织，其中嵌入了电线，有朝一日可能能够测量血液中的蛋白质或其他化学物质。田教授使用垂直元素——前景电极网格和背景桅杆——来“暗示生物电子学领域的向上发展”。田先生对色彩非常敏感，他选择了温暖的色调，“给人一种和谐和积极的感觉”，他指出港口是一个安全舒适的地方。“虽然背景和前景展示了非常不同的物体。”田说，他们的并置呈现了一种共同的精神。

Nano-neuro花朵

田教授介绍了一棵梅花树，强调了最近在神经传感和调节方面的突破，以及生物材料治疗神经疾病的潜力。在光学显微镜下，它的分支是神经元树突——像树一样的突出物，携带来自其他神经元的信号。田田引用了中国传统绘画的元素:弥漫的轮廓，黑色和暗红色的调色板，以及角落里的红色印章。梅花是中国的国花，有着特殊的意义。这种在冬天开花的植物象征着毅力。“这是我想要强调的关键信息。这是一个艰难的领域。”田说，他是芝加哥大学唯一从事生物电子刺激接口工作的教师。

“我们需要坚持不懈才能真正推进。”

纳米线生物

从研究生开始，半导体纳米线就在田教授的研究中发挥了重要作用。他说，在这种情况下，每个元素都代表了细胞或纳米线的特征，并“告诉你整个纳米线生物电子学领域是如何发展的”。山是细胞;河流是细胞外基质(细胞间蛋白质和其他分子的网络);这个桥是一个细胞间的纳米管(细胞之间的导管);太阳是一种细胞外囊泡(一种膜包裹的小球，有助于细胞间的交流)。远处的绿色树木代表早期的研究，主要集中在直线上。下游的树枝状灌木和锯齿状圆木表明了新型纳米线的几何形状。在山体表面弯曲约60度的电线描绘了一个记录细胞内部信息的设备——这是田博士研究的一部分。

刻曲率

从研究生开始，半导体纳米线就在田教授的研究中发挥了重要作用。他说，在这种情况下，每个元素都代表了细胞或纳米线的特征，并“告诉你整个纳米线生物电子学领域是如何发展的”。山是细胞;河流是细胞外基质(细胞间蛋白质和其他分子的网络);这个桥是一个细胞间的纳米管(细胞之间的导管);太阳是一种细胞外囊泡(一种膜包裹的小球，有助于细胞间的交流)。远处的绿色树木代表早期的研究，主要集中在直线上。下游的树枝状灌木和锯齿状圆木表明了新型纳米线的几何形状。在山体表面弯曲约60度的电线描绘了一个记录细胞内部信息的设备——这是田博士研究的一部分。

刻曲率

想象一下，一个白雪皑皑的山顶上，一根贡多拉缆绳横跨在山顶上，但只是在纳米尺度上。2018年冬天发表的一篇文章附带的这张扫描电子显微镜图像显示，一个神经元顶部有一根硅纳米线，其工作原理类似太阳能电池。当田把光照射到电线上时，它将光子转化为电能，刺激或兴奋神经元。例如，这项技术可以激活或抑制神经元，并有助于治疗神经性大脑疾病或恢复受损视网膜的视力。大多数神经激活方法要么是机械侵入性的，要么需要对靶细胞进行遗传操作。田说，就像他们正在研究的神经元一样，“我们非常兴奋”，看到设备工作。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。