近日，山东大学仇吉川教授团队在Advanced Materials发表题为：Ultrasound Active Piezoelectric Nanostimulators for Long-Acting Wireless Deep Brain Electric Stimulation to Inhibit Epileptic Seizures的重要研究成果，该研究创新性地提出利用压电材料作为无线纳米刺激器，用于实现深部脑电刺激，从而微创抑制癫痫发作。通过融合超声波优异的深部组织穿透能力与压电材料的高效电刺激特性，该方法在动物实验中展现出显著的抗癫痫效果，为无线神经调控治疗神经系统疾病领域提供重要思路。
▲ 发表文献
本期【沃的研究所】邀请到文章第一作者——山东大学晶体材料全国重点实验室李德正博士展开深度对话，探索利用压电材料作为无线纳米刺激器，用于深部脑电刺激抑制癫痫发作的创新策略。
“我们课题组专注于探究压电材料的合成设计及在生物医学中的应用。其中深部脑电刺激（DBS），临床中通过电极对脑核团进行电刺激恢复功能，但是手术风险以及电极寿命问题是这项技术需要进一步革新的地方。我们研究的压电材料形变后会有电信号产生，于是就尝试着往这个方向去深入。”回想起这项课题的起源，李博缓缓说道。
DBS作为一种有效的神经调控疗法，在抑制癫痫发作方面显示出显著疗效。但DBS治疗需要植入电极和脉冲发生器，易引发神经组织损伤和炎症反应。“这也是个开颅手术，有很大的风险。”李博说道，“我们就设想把压电材料应用到DBS治疗上，让它代替电极，通过无线超声场驱动，达到电刺激的效果。”
课题组构建了一个全新的“纳米级无线刺激系统”，主要是为了克服传统方法的有创性和硬件限制。聚多巴胺修饰的钛酸钡压电纳米刺激器可以粘附在神经元细胞膜表面，在超声下产生脉冲电信号，精准传输至神经元界面调节细胞膜电压门控钙离子通道，激活神经元和神经环路。纳米刺激器通过立体定位微创植入目标脑区后保持长期稳定，在便携式低强度超声换能器激励下，精确激活目标脑区和相关的神经回路，实现了对大鼠癫痫的有效抑制。
▲ 超声激励压电纳米刺激器
实现无线深部脑电刺激的抑制癫痫发作示意图
除了抑制癫痫，李博所在的团队也在进行其他应用场景的研究，几乎集中在脑部神经系统疾病的应用，如脑损伤、颅脑损伤、阿尔兹海默以及帕金森等，也包括一些周围神经的修复，为治疗神经系统疾病领域提供重要思路。
“目前我们只在大鼠身上验证了，从小动物到大动物，到灵长类，再到临床实验，还有很长的一段路要走。”李博继续说，“接下来研究的主要方向，一个是基于压电材料进行优化，不同应用场景的需求是不一样的，那我们就从这个点入手去优化设计；另一个是研究微纳压电材料，就是将压电材料介导的无线电刺激系统，进一步用大动物做实验，将研究推向应用性更强的方向走，希望能为临床研究贡献一份自己的力量。”
科研的道路从非坦途，这份科研成果背后，是李博在泥泞道路上摸索前行的日日夜夜。在将理论构想推向实验验证、进而梳理成规范文献的漫长历程中，伴随着无数的艰难与挑战。
“我们是做材料的，而这个研究属于生命科学的范围，所以我们经常需要去请教生物、医学的专家很多问题。比如脑子里激活的神经元的机制有哪些？神经环路激活会有什么现象？”李博继续说，“而且我们一开始相关的设备仪器也不是很多，基本上都要去医院那边，借助医院的仪器来进行研究。医院用的是瑞沃德的切片机，我一直用着还挺好，所以后来我们也买了同款的切片机。”
这篇文献构建了三种不同机制的癫痫模型，用于疾病治疗效力的全面展示，充分展示了其普适性和临床潜力。而在这三种模型中，均使用了瑞沃德的切片机进行脑切片。谈及切片机的评价，李博说：“它的精准度很高，切出来的厚度适宜，摇杆的丝滑程度我也觉得挺好的。因为我也用过其他进口品牌的，相比之下瑞沃德的会更智能、更方便。而且瑞沃德的切片机的制冷要更快一点，它对里面的温度控制还是比较精准的。”
▲ 李博课题组实验室
科研的高效推进，从来不是单一设备的独舞，瑞沃德脑立体定位仪，也为此次实验注入了强劲动力，让实验更高效、结果更可靠。“因为癫痫是需要精准刺激靶点的，我们需要对核团进行精准定位。原来全部都是自己手动调平，还挺麻烦，实验过程也很漫长，换了瑞沃德脑立体定位仪之后，它有一个矫正系数，只要告诉它坐标，机器自己就能打进去，为我们在实验中节省了很多时间。”李博接着说，“我切了这么多大鼠的组织，基本上位置都没有出过错，使我们动物实验进行得很顺利，如果打得不准的话肯定是没有效果的，靶点不对就没用。”
做实验的无数个日夜相伴，李博对瑞沃德的好感也逐步渐增。除了切片机和脑立体定位仪，现在实验室里还有瑞沃德的光纤记录系统、旷场、迷宫等。“产品做得挺不错的，对比进口的产品在应用上没有什么差异，价格又实惠，这不就是最大的优势吗？”李博笑了笑，又说：“你们的售后服务做得也不错，有什么问题联系工程师，响应速度很快，都能解决问题。”
科研之路，从来不止一条既定赛道。从本科的纯材料领域到现在交叉材料研究的跨越，于李博而言，既是一次因好奇而生的勇敢尝试，也是一段在未知中求索的修行。这段旅程，不仅让他触摸到科研交叉融合的无限可能，更沉淀出关于科研初心与前行方向的感悟。
“这一路，顺利吗？”我问。
“顺利是不可能的。”李博苦笑着回答，“从纯材料转到交叉领域，中间要学的东西太多了，当时我许多东西都不会。很多生物上的检测要去学，学完之后还需要一段时间去提升熟练度。因为自身实验技术是实验数据准确的重要前提。当你的实验技术熟练到一定程度后，结果才能精准，实验才会顺利。”
“那你对于交叉领域的研究，怎么看？”我又问。
李博笃定地说：“现在很多科研上技术上的问题仅凭单一学科解决起来是很困难的，交叉研究的本质是 ‘用跨学科技术解决单一学科无法解决的问题，多个学科融合各自发挥自己的优势’，可能会把一个棘手的问题变得非常简单。”
当初出于好奇踏入交叉材料研究领域的他，对于初入领域的新人们，同样也是此建议。李博说：“主要看个人兴趣，只要你喜欢，就会有激情，有干劲，就会努力地干下去，不能怕苦，搞科研哪有不苦的。”
是的，以热爱抵御漫长，以实干应对万难。
未来，李博也将继续坚定地走在交叉材料的研究道路上。他深信，单一学科的研究已不满足目前的发展，创新与突破，正愈发依赖于不同学科间碰撞产生的“化学反应”。这条路或许更苦、更漫长，但在他看来，这恰是当代科研工作者最能创造价值的战场。
我们也祝福李博在交叉领域的探索之路上，始终怀揣热忱、勇破壁垒，在科研的星辰大海中持续拓新，书写更精彩的人生答卷。
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