Galeria obrazów

 

Wstrzyknięta elektronika podobna do neuronu (czerwona) bezproblemowo zintegrowana z neuronami w mózgu myszy (zielony)

Elektronika siatkowa do wstrzykiwania strzykawki z interfejsem wejścia/wyjścia typu plug-and-play dla nauki o mózgu

Elektronika plug-and-play do wstrzykiwania strzykawki

Bezproblemowa integracja/chroniczna stabilność (białe strzałki wskazują wstążki z siatki)

Strzykawkowe wtryskiwanie siatki elektronicznej

Tkanka sercowa cyborga

Zagięty nanoprzewodowy czujnik nanoFET

Selektywny kształtowo montaż nanodrutów

Wzrost kryształów Plateau-Rayleigha

Niezwykle elastyczna sieć elektroniczna z makroporowatą siatką bezproblemowo integruje się i przenika z sieciami neuronowymi in vivo

Elektronika siatkowa do wstrzykiwania strzykawki o właściwościach mechanicznych takich jak tkanki i otwartych strukturach makroporowatych

Nanoelektronika do wstrzykiwania w strzykawce płynnie integruje się z aktywnością w mózgu i rejestruje ją

Okresowe nanodruty otoczki hodowane przez wzrost kryształów Plateau-Rayleigh

Schemat przedstawiający urządzenie z krzemowym nanoprzewodem typu rdzeń/powłoka, które przekształca światło w prąd elektryczny poprzez tworzenie par elektron (e)-dziura (h).

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda i korporacji MITER zbudowali niezwykle mały komputer z zestawu nanoprzewodów, który jest najgęstszym i najbardziej złożonym systemem nanoelektronicznym, jaki kiedykolwiek stworzono od podstaw.

Próbka obwodów nanoelektronicznych z naszego projektu tkanki mózgowej cyborga wystawiona w londyńskim Muzeum Nauki „Kim jestem?” wystawa, która bada tożsamość człowieka i to, jak wpływają na nią nowe odkrycia w naukach biomedycznych; fot. Muzeum Nauki w Londynie

Cyborg Neural Tissue: Bezproblemowa integracja trójwymiarowych sieci nanoelektronicznych i neuronowych

Makroporowate obwody nanoelektroniczne 3D

Nanoelektroniczne naczynie krwionośne

Urządzenie BIT-FET sondujące wnętrze żywej komórki

Nowatorskie urządzenie z rozgałęzionym wewnątrzkomórkowym tranzystorem polowym z nanorurek (BIT-FET)

Wpływ morfologii przekroju poprzecznego na absorpcję światła: Symulowane widma EQE dla heksagonalnego (jednolity czerwony) i prostokątny (jednolity niebieski) NW o tej samej średnicy 260 nm.

Widma EQE (zewnętrzna wydajność kwantowa) zależne od wielkości Si NW. (A) Eksperymentalne (ciągła czerń) i symulowane (przerywana czerwona) widma EQE dla NW o średnicach 170 (góra), 280 (środek) i 380 nm (dół). Wstawki: profile trybu absorpcji obliczone przez symulacje 3-D FDTD. (B) Zależne od rozmiaru wartości fotoprądu obliczone z widm EQE i widma referencyjnego 1 słońca.

(1) KNW w kształcie litery U z nanoFET na końcu „U”, (2) KNW w kształcie litery V z szeregiem multi-nanoFET wzdłuż ramienia i na końcu „V” oraz (3) W- ukształtowane multipleksowane KNW integrujące nanoFET na dwóch końcach „W”.

Schemat współosiowych bloków budulcowych NW (niebieski oznacza domieszkowany rdzeń typu p, a beżowy oznacza domieszkowane powłoki typu n); Schemat typowego krzemowego urządzenia NW z rdzeniem/powłoką wykonanego z jednego bloku NW na dowolnym podłożu ze zintegrowanym tylnym reflektorem; Schemat ilustrujący potencjał nowej architektury urządzeń przy użyciu odrębnych bloków konstrukcyjnych NW w każdej warstwie. Kolory wskazują szczytową długość fali pochłanianego światła dla określonej morfologii NW.

Symulacje FDTD profili przestrzennych modów rezonansowych dla struktur p/in (profile 1-3) i p/pin (profile 4-6). Wszystkie profile dotyczą polaryzacji TM i wykorzystują liniową skalę kolorów reprezentującą absorpcję (nie natężenie pola elektrycznego) w strukturach mezoskopowych. Tryby rezonansowe oznaczone 3 i 6 odpowiadają trybom szeptanej galerii, podczas gdy wszystkie pozostałe odpowiadają rezonansom Fabry’ego-Perota.

Integracja nanoelektroniki z komórkami i tkankami.

Nanoczujniki do wykrywania gatunków biologicznych i chemicznych. Odtwórz film, aby zobaczyć, jak nanoprzewodowe tranzystory polowe (NW-FET) można skonfigurować jako ultraczułe i selektywne czujniki związków chemicznych i biologicznych.

Budowa nanokomputera. Kliknij ikonę odtwarzania, aby zobaczyć, jak uniwersalną architekturę do obliczeń w nanoskali można złożyć z bloków konstrukcyjnych z nanoprzewodów za pomocą paradygmatu oddolnego.

Wiązanie wirusa z czujnikiem. Urządzenia nanoprzewodowe stanowią niemal idealne elementy czujnikowe, ponieważ zajmują reżim wielkości podobny do makrocząsteczek biologicznych. Kliknij ikonę odtwarzania, aby zobaczyć film z pojedynczym wirusem wiążącym się z macierzą nanoczujników.

(A) Schematy pomiarowe. (u góry) Przegląd macierzy NWFET wytworzonej na przezroczystym podłożu, z ostrym skrawkiem węchowym szczura zorientowanym z warstwą komórek piramidalnych nad urządzeniami. (na dole po lewej) Powiększenie obszaru urządzenia ilustrujące połączone neurony i NWFET. (u dołu po prawej) Zdjęcie zmontowanej komory próbki.

(B) Zapis przewodnictwa z NWFET (dolne ślady) w tym samym regionie, co neuron używany do rejestrowania wyników patch clamp związanych z komórkami (górne ślady). Stymulację w LOT wykonywano silnymi (200 A, ślady czerwone) i słabymi (50 A, ślady niebieskie) impulsami prądu 200 s. Otwarty trójkąt oznacza impuls stymulacyjny. Gdy intensywność stymulacji jest słaba, sygnały reprezentujące potencjały czynnościowe zanikają w obu przypadkach.

(C) Mapowanie 2D heterogenicznych aktywności w warstwie komórek piramidalnych. Jest to optyczny obraz ostrego wycinka na macierzy 4×4 NWFET. Sygnały rejestrowano jednocześnie z 8 urządzeń wskazanych na obrazie. Krzyżyki wzdłuż obszaru włókien LOT w warstwie oznaczają punkty stymulacji od a do h. Skala oznacza 100 m.

(D) Mapy względnej intensywności sygnału lub aktywności dla urządzeń 1-8 w skali kolorów dla różnych pozycji stymulacji, pokazujące wyraźnie, jak niejednorodną aktywność można rozwiązać przy znacznie wyższej rozdzielczości niż przy użyciu konwencjonalnych technik. Ułatwia to badanie dynamicznej łączności funkcjonalnej w złożonych obwodach neuronowych.

Zobacz proc. Natl. Acad. Nauka. 107 , 1882-1887 (2010)

Cohen-Karni i in. po raz pierwszy przedstawił badania grafenowych tranzystorów polowych (Gra-FET), a także połączonych Gra- i NW-FET połączonych z ogniwami elektrogenicznymi. W tym badaniu 1-D Si NW-FET włączone obok urządzeń 2-D Gra-FET podkreśliły ograniczenia zarówno w rozdzielczości czasowej, jak i zmultipleksowanych pomiarach z tego samego wezwania dla różnych typów urządzeń. Nano Lett. 10 , 1098-1102 (2010)

Długi koherentny kubit spinowy w nanodrutach o heterostrukturze Ge/Si. Skaningowy mikroskop elektronowy urządzenia z kubitami spinowymi. Nanodrut biegnie poziomo pod tlenkiem bramki. Wstawka, obraz TEM o wysokiej rozdzielczości pokazuje typowy nanodrut rdzenia/powłoki.

Dwie zintegrowane, programowalne płytki obwodów logicznych z nanoprzewodów na szklanym podłożu. Te cegiełki można konstruować metodą montażu od dołu do góry na różnych podłożach, takich jak przezroczyste lub elastyczne tworzywa sztuczne.

Wysokowydajne urządzenie z pojedynczym nanoprzewodem, oświetlone w symulowanych warunkach słonecznych jednego słońca, zapewnia gęstość prądu przekraczającą 10 mA/cm^2, napięcie obwodu otwartego 0,42 V i wysoki współczynnik wypełnienia. Na wstawce pokazano obraz SEM urządzenia z nanoprzewodami typu rdzeń-powłoka z selektywnie ukształtowanymi metalowymi stykami.

Obraz SEM w fałszywych kolorach komórek Shewanella MR-1 na elektrodach z nanootworami (podziałka 1 mikron). Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 107, 16806-16810 (2010).

Załamany nanodrut krzemowy można syntetyzować w różnych konfiguracjach za pomocą podejścia nanotektonicznego. Taka struktura może zostać wykorzystana jako nowy, ograniczony interfejs elektryczny z komórkami i tkanką.

Schemat zagiętego nanodrutowego czujnika nanoFET badającego wnętrze ogniwa.

 Nanodruty o geometrii rdzeń-powłoka można dostosować tak, aby miały różne właściwości elektryczne i optyczne. Pokazano tutaj sztucznie zabarwiony obraz SEM nanoprzewodu typu rdzeń-powłoka domieszkowanego modulacją, który został zaprojektowany do działania jako samodzielne ogniwo słoneczne w nanoskali.

Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) płytki programowalnego nanoprzewodowego obwodu logicznego złożonego od dołu do góry dla funkcji obliczeniowych, takich jak pełne sumowanie. Płytkę można powiększyć do w pełni funkcjonalnego zintegrowanego nanoprocesora”.

Pierwsze elektryczne zapisy potencjału wewnątrzkomórkowego za pomocą trójwymiarowej sondy tranzystora polowego z nanoprzewodu Si. Natura nanotechnologia. 4 , 824-829 (2009) Zdjęcie z Research Highlight in Nature 446 , 904 (2010) .

Opracowano podejście „nanotektoniczne”, które zapewnia iteracyjną kontrolę nad zarodkowaniem i wzrostem nanodrutów. Struktury modulowane domieszką o określonych funkcjach urządzenia można precyzyjnie zlokalizować w zagiętych połączeniach tych nowych nanomateriałów.

Połączone pionowo, trzystopniowe oscylatory pierścieniowe CMOS zostały wyprodukowane przy użyciu nanoprzewodów n-FET warstwy 1 InAs i nanoprzewodów p-FET warstwy 2 Ge/Si. Pomiary obwodów wykazały stabilne, samopodtrzymujące się oscylacje o maksymalnej częstotliwości 108 MHz, co stanowi układ scalony o najwyższej częstotliwości oparty na chemicznie zsyntetyzowanych materiałach w nanoskali. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 106 , 21035-21038 (2009) .

Autorska interpretacja badań grupy Lieber, przedstawiająca sondę AFM składającą się z nanorurki węglowej zmodyfikowanej cząsteczką biotyny, znajduje się na okładce drugiego wydania podręcznika Chemistry: A Molecular Approach (Prentice Hall, 2010), autorstwa Nivaldo Tro. Oryginalna publikacja opisująca te badania, patrz SS Wong, E. Joselevich, AT Woolley, CL Cheung i CM Lieber, „Covalently funkcjonalnych nanotubes as nanometer probes for chemistry and biology”, Nature 394 , 52-55 (1998) .

Stosując podejście „nanotektoniczne”, które zapewnia iteracyjną kontrolę nad zarodkowaniem i wzrostem nanodrutów, można hodować załamane nanodruty, w których proste odcinki o regulowanej długości są oddzielone trójkątnymi złączami. Jest to złożenie obrazu ze skaningowego mikroskopu elektronowego w fałszywych kolorach pojedynczego, wielokrotnie skręconego nanodrutu o średnicy 80 nm i długości segmentu 1 mikrona. Natura nanotechnologia. 4 , 824-829 (2009) (okładka)

Po lewej: Schemat nanoprzewodu heterozłącza p-GaN/i-InxGa1-xN/n-GaN dla fotowoltaiki. Po prawej: Wydajność ogniw słonecznych serii urządzeń nanoprzewodowych z systematycznie dostrajanym składem InGaN przy oświetleniu 1 słońc. Nano Lett. 9 , 2183 (2009)

 Elastyczny zapis elektryczny z komórek przy użyciu macierzy tranzystorowych z nanoprzewodów. Proc. Natl. Acad. Nauka. Stany Zjednoczone 106 , 7309 (2009)

Przedstawiono nowe elastyczne podejście do łączenia ogniw i tranzystorów polowych z nanoprzewodami (NWFET). Komórki hoduje się na cienkich arkuszach polidimetylosiloksanowych (PDMS), które przenosi się na chip NWFET. Następnie komórki/PDMS są manipulowane w przestrzeni, podczas gdy ich elektroaktywność jest jednocześnie monitorowana. Fig. 1 , Proc. Natl. Acad. Nauka. USA 106 , 7309 (2009).

W tej pracy wykorzystujemy unikalną zdolność podejścia oddolnego do wytwarzania macierzy NWFET na elastycznych i przezroczystych podłożach z tworzyw sztucznych oraz łączenia tych ultraczułych urządzeń ze spontanicznie bijącymi sercami kurzych embrionów. Ponadto pokazujemy, że te nowatorskie macierze urządzeń umożliwiają rejestrację multipleksowanego sygnału w wielu konformacjach, a także rejestrację urządzeń na powierzchni serca. Nano Lett. 9 , 914-918 (2009)

Nowatorskie osiowe i promieniowe elementy fotowoltaiczne z nanoprzewodów widoczne na skaningowym mikroskopie elektronowym nanoprzewodów typu rdzeń-powłoka. Chem. Soc. Rev. 38 , 16-24 (2009) (wewnątrz przedniej okładki)

Schematyczny i SEM obraz wytrawionego na mokro pojedynczego nanoprzewodu krzemowego z dwiema szeregowo zintegrowanymi diodami pin. Po wytrawieniu złącza diodowe i tunelowe są wyraźnie zaznaczone. Od Nano Letta. 8 , 3456 (2008) (Rysunek 1)

Wstrzykiwanie optyczne z półprzewodnikowego nanodrutu CdS do falowodu z kryształu fotonicznego. Foton przyrody. 2 , 622-626 (2008)

 Powyżej: Heterostruktury nanodrutów z wieloma studniami kwantowymi do laserów o kontrolowanej długości fali. Po prawej: wielokolorowe lasery nanoprzewodowe. Przyroda Mater. 7 , 701-706 (2008)

(a) Schemat wielu macierzy FET na pojedynczym ultradługim p-SiNW. (b) Obraz optyczny w ciemnym polu wielu FET zdefiniowany za pomocą litografii z wiązką elektronów. P-SiNW jest poziome na obrazie, a pionowe linie przecinające NW odpowiadają elektrodom S/D. Nano Lett. 8 , 3004-3009 (2008)

Tranzystory nanoprzewodowe z heterostrukturą Ge/Si z kanałem poniżej 100 nm i zintegrowanym dielektrykiem bramki o wysokiej kappa działają w pobliżu granicy balistycznej i zapewniają najlepszą jak dotąd wydajność FET typu p. Spis treści, Nano Lett. 8 , 925-930 (2008)

Podejście z rozdmuchiwaną folią bąbelkową do przygotowania wielkoskalowych macierzy nanourządzeń na waflach lub tworzywach sztucznych. Okładka, J. Mater. Chem. 18 , 728-734 (2008)

 Schemat srebrnej/bezpostaciowej/krystalicznej krzemu nielotnej tablicy przełączników z poprzeczką Nano Lett. 8 , 386 (2008)

Obrazy SEM jednowymiarowych (a) i dwuwymiarowych (c) tablic przełączników krzyżowych. Stan każdego punktu przecięcia można zapisać lub wymazać na WŁĄCZONY lub WYŁĄCZONY, a następnie odczytywać sekwencyjnie (b, d) bez przesłuchów między różnymi elementami. Nano Lett. 8 , 386 (2008)

Po lewej: HRTEM rdzenia/powłoki nanoprzewodu InAs/InP. Wstawka , schemat przekrojowy i odpowiedni diagram pasmowy. Po prawej: Ruchliwość elektronów InAs/InP NW w różnych temperaturach, najwyższa wśród zgłoszonych nanostruktur 1D. Nano Lett. 7 , 3214-3218 (2007)

Nanoprzewodowe urządzenie z podwójną kropką Ge/Si i demonstracja przestrajalnego sprzężenia międzypunktowego. Rys. 1, Nanotechnologia Natura. 2 , 622-625 (2007)

Po lewej: Zdjęcie procesu ekspansji pęcherzyków. U góry po prawej: 6-calowa folia bąbelkowa rozdmuchiwana w skali wafla zawierająca jednolite, dobrze wyrównane nanodruty. Dolny prawy: 8-calowa folia waflowa zawierająca zamówione SWNT. Nanotechnologia natury. 2 , 372-377 (2007)

Wielofunkcyjna elektronika 3D oparta na wielowarstwowym montażu oddolnym nanoprzewodów. Zaprezentowano dziesięć pionowo ułożonych warstw tranzystorów polowych (FET) z rdzeniem/powłoką Ge/Si z równomierną wydajnością w kolejnych warstwach od 1 do 10 struktury 3D. Nano Lett. 7 , 773-777 (2007)

Nasz bioczujnik z krzemowym nanoprzewodem znajduje się na okładce tekstu z piątej edycji, Chemia: Molekularna natura materii i zmian , autorstwa Martina Silberberga. Okładka została zaprojektowana przez Michaela Goodmana. [ większe zdjęcie bez tekstu ]

Hybrydowa struktura składająca się z neuronu z oddzielnymi interfejsami akson-nanodrut (górna lewa gałąź) i dendryt-nanodrut (górna prawa, dolna lewa gałąź) demonstruje naszą zdolność do tworzenia wielu wejść i/lub wyjść dla jednego neuronu. Po stymulacji w somie (w środku) wywoływane sygnały można mierzyć na każdym z interfejsów komórka-nanoprzewod. Alternatywnie komórka może być stymulowana na styku akson-nanodrut, a wynikowe sygnały mierzone są na dwóch połączeniach dendryt-nanodrut. Nauka 313 , 1100 (2006)

Pokazujemy pojedynczy neuron (zielony), z aksonem przechodzącym przez szereg 50 nanoprzewodów (metalowe styki są żółte; poszczególne nanoprzewody nie są widoczne) o podziałce 10 mikronów. Prędkość, kształt i ewolucję sygnału w czasie można odwzorować w czasie rzeczywistym w miarę jego propagacji wzdłuż aksonu. Poszczególne elementy nanoprzewodów można również ponownie skonfigurować, aby symulować akson lub modulować już propagujący się sygnał, zapewniając naszej macierzy dodatkową i niespotykaną dotąd funkcjonalność. Nauka 313 , 1100 (2006)

Po lewej: Obraz z elektronowej transmisyjnej mikroskopii skaningowej pierścieniowego pierścieniowego ciemnego pola pod dużym kątem niedomieszkowanego przekroju poprzecznego nanodrutu GaN/AlN/AlGaN. W środku : Schemat tranzystora polowego z nanoprzewodami z górnym bramkowaniem. Po prawej: heterostruktura nanodrutów GaN/AlN/AlGaN wykazuje ruchliwość elektronów 3100 cm2/Vs w temperaturze pokojowej. Nano Lett. 6 , 1468 (2006)

U góry: Schematy kryształu fotonicznego z nanoprzewodami z czterema defektami inżynieryjnymi (po lewej) i mikrorezonatora nanoprzewodowego toru wyścigowego (po prawej). Na dole: Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego kryształu fotonicznego z nanodrutu (po lewej) i mikroskop optyczny mikrorezonatora nanodrutowego toru wyścigowego (po prawej).

 obrazy mikroskopii skaningowej nanodrutów krzemowych domieszkowanych modulacją osiową, w których podczas syntezy kodowane są właściwości elektroniczne; jasne i ciemne obszary odzwierciedlają zmienność zakodowanych właściwości elektronicznych. Nauka 310 , 1304 (2005)

 Promieniowe heterostruktury nanodrutowe oparte na azotku III jako wielokolorowe i wysokowydajne diody elektroluminescencyjne.

 Stałoprądowy obraz STM powierzchni Au (111) z 4-5 pojedynczymi stopniami atomowymi i przemieszczeniem śruby. Zdjęcie zostało zrobione w UHV w 78K z próbką polaryzacji -0,5V, prądem tunelowania 0,1nA i rozmiarem skanu 37nm.

Stałoprądowy obraz STM trzech nanorurek węglowych na powierzchni Au (111); widoczna jest również rekonstrukcja w jodełkę na powierzchni Au (111). Zdjęcie zostało zrobione w UHV w 78K, z próbką polaryzacji -1,5 V, prądem tunelowania 0,2 nA i rozmiarem skanu 17 nm.

Generatory pierścieniowe z nanoprzewodami wysokiej częstotliwości na szkle. U góry: Optyczne obrazy oscylatorów pierścieniowych z nanoprzewodami wytworzonych na szkle i odpowiadający im schemat obwodu. Wzorzysta błona nanodrutów wydaje się biała na obrazie. Dół: oscylacja 11,7 MHz z pierścieniowego oscylatora nanoprzewodowego na szkle. Natura 434 , 1085 (2005)

Balistyczny transport 1D w heterostrukturach nanoprzewodów rdzeń/powłoka Ge/Si. Proc. Natl. Acad. Nauka. Stany Zjednoczone 102 , 10046 (2005)

 Obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) nanodrutu siarczku kadmu.

Obraz fotoluminescencyjny nanodrutu siarczku kadmu.

 Tło przedstawia obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego splątanych nanodrutów krzemowych po syntezie na podłożu. Wykorzystując opracowaną przez nas hierarchiczną strategię organizacji, utworzono powtarzające się macierze skrzyżowanych nanoprzewodów, zaczynając od tych losowo zorientowanych bloków konstrukcyjnych w nanoskali. Hierarchia struktur, w tym określony blok budulcowy nanodrutów, rozstaw nanodrutów, orientacja nanodrutów, rozmiar macierzy, orientacja i rozstaw macierzy, były kontrolowane niezależnie.

Rozwiązania Nanowire gotowe do montażu.

 Podłoża szklane (po lewej) i plastikowe opierają się o roztwór nanodrutów. Szkło i plastik zawierają szereg urządzeń z nanoprzewodami.

Elastyczne podłoże z tworzywa sztucznego zawierające macierze urządzeń z nanoprzewodami. Urządzenia nie ulegają degradacji pod wpływem zginania.

 Urządzenia heterostrukturalne z nanoprzewodami NiSi/Si. [ Natura 430 , 61 (2004) ]

Optyczny obraz ciemnego pola supersieci z nanoprzewodów NiSi/Si. [ Natura 430 , 61 (2004)]

 GaN pn skrzyżowana niebieska dioda LED z nanoprzewodu. Nano Lett. 3 , 343 (2003)

Wyhodowana epitaksjalnie macierz nanoprzewodów GaN typu p. Nano Lett. 3 , 343 (2003).

Dekoder adresu z nanoprzewodów krzemowych. Nauka 302 , 1377 (2003)

• Przegląd
• Przegląd
• Nanomateriały
• Nowe materiały
• Interfejs Nano-Bio
• Nano-Bioelektronika
• Nauka o mózgu
• Nanoelektronika i informatyka
• Energia oparta na nanotechnologii
• Galeria obrazów

Nauka o mózgu

Grupa Lieber ma duży program skoncentrowany na koncepcyjnie nowatorskim podejściu do integracji elektroniki w mózgu i innych obszarach układu nerwowego, który obejmuje rozwój elektroniki siatkowej przypominającej sieć neuronową i nieinwazyjną metodę dostarczania do wybranych, odrębnych obszarów mózgu za pomocą strzykawki -zastrzyk. Aktywnie wykorzystujemy ten nowy paradygmat do rozwiązywania fundamentalnych pytań w neuronauce poznawczej i behawioralnej oraz jako potężne nowe podejście do leczenia chorób neurologicznych i neurodegeneracyjnych, urazów mózgu i rdzenia kręgowego, a ostatecznie do poprawy wydajności człowieka poprzez interfejs mózg-maszyna. Obszary aktualnych zainteresowań badawczych obejmują:

• Rozwój paradygmatu elektroniki siatkowej. Prowadzimy szeroki zakres badań skoncentrowanych na opracowaniu elektroniki siatkowej do wstrzykiwania strzykawki, aby rozszerzyć możliwości tej przełomowej metodologii dla podstawowych badań neurologicznych o zastosowania kliniczne, w tym (i) włączenie wielofunkcyjnych możliwości zapisu i stymulacji elektrycznej, chemicznej i optycznej, (ii) wdrożenie wysoce multipleksowanych sieci elektronicznych oraz (iii) opracowanie modułowych zautomatyzowanych systemów do wstrzykiwania wspomaganego strzykawką oraz połączenia wejścia/wyjścia w celu ułatwienia przyjęcia tej technologii przez innych badaczy.
• Neuronauka podstawowa, poznawcza i behawioralna. Kluczowe dla fundamentalnej neuronauki są zasady obliczeniowe sieci neuronowej, łączność i plastyczność wielkoskalowych zespołów neuronów, przechowywanie i wyszukiwanie informacji oraz długoterminowa ewolucja dynamiki neuronalnej leżącej u podstaw poznania i zachowania. Przeprowadzamy długoterminowe zapisy elektrofizjologiczne skoncentrowane na szybkich czynnościach wyzwalania pojedynczych neuronów, komunikacji między neuronami, orkiestracji obszarów mózgu na dużą skalę z modulacją wolnofalową, wraz z kierowaną migracją neuronalnych komórek progenitorowych podczas neurogenezy w badaniach na gryzoniach i naczelnych percepcji wzrokowej, wykonania motorycznego, pamięci przestrzennej i uczenia kontekstowego.
• Starzenie się i choroby. Poszukujemy translacyjnych możliwości opóźnienia/odwrócenia normalnego procesu starzenia i leczenia chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona. Badamy elektronikę siatkową do wstrzykiwania strzykawki, aby precyzyjnie dostarczać stymulację elektroterapeutyczną w celu złagodzenia nieprawidłowych oscylacji neuronowych, zwiększenia aktywności pojedynczego neuronu, selektywnego promowania długotrwałego wzmocnienia i depresji oraz ułatwienia migracji i integracji neuronalnych komórek progenitorowych podczas neurogenezy. Badamy tę możliwość w przedklinicznych modelach gryzoni i naczelnych w celu przeprowadzenia badań klinicznych na ludziach ze współpracownikami.
• Inne regiony OUN/PNS. Używamy również elektroniki siatkowej do wstrzykiwania strzykawki do badań w różnych innych regionach OUN/PNS, w tym rejestrowania i stymulacji siatkówki, rdzenia kręgowego, połączeń nerwowo-mięśniowych, do których dostęp przy użyciu konwencjonalnej sztywnej elektroniki jest niezwykle trudny, jeśli to możliwe. Badanie i modulacja tych regionów poszerzy naszą wiedzę na temat behawioralnych funkcji percepcyjnych i wykonawczych układu nerwowego, umożliwiając jednocześnie opracowanie nowych protez neuronalnych, które umożliwią skuteczną interwencję w celu wzmocnienia funkcji poznawczych/sensorymotorycznych i leczenia chorób z tym związanych w tych regionach CNS/PNS.

Nano-Bioelektronika

Badania na styku nanonauki i biologii mogą przyczynić się do przełomu w naukach podstawowych i doprowadzić do rewolucyjnych technologii dla biologii i medycyny. Grupa Lieber odegrała wiodącą rolę w definiowaniu podstawowych nauk, inżynierii i nowych technologii na styku nanoelektroniki i nauk przyrodniczych, od opracowania czujników do wykrywania chorób w czasie rzeczywistym po tworzenie narzędzi nanoelektronicznych do elektrofizjologii pojedynczej i subkomórkowej, oraz opracowanie nowych komórek cyborgów i hybrydowych tkanek unerwionych w nanoelektronice. Obszary aktualnych zainteresowań badawczych obejmują:

• Bioczujność. Skupiamy się na badaniach przesuwających granice ultraczułych czujników nanoelektronicznych. Aktualne zainteresowania obejmują opracowanie naszego nowego podejścia do wdrażania nanotranzystorów do wykrywania o wysokiej czułości w roztworach fizjologicznych, zastosowanie tej pracy do przeprowadzania pomiarów wcześniej niemożliwych do wykrywania zewnątrzkomórkowego i wewnątrzkomórkowego in vitro i in vivo oraz opracowanie nowych urządzeń diagnostycznych dla opieki zdrowotnej.
• Sondy nanoelektroniczne i komórki cyborga. Prowadzimy szeroki zakres badań skoncentrowanych na opracowaniu nowatorskich urządzeń nanoelektronicznych do rejestracji i stymulacji elektrycznej z komórek i tkanek w dwóch i trzech wymiarach. Ogólnym tematem tej pracy jest wykorzystanie unikalnych właściwości i skalowania rozmiarów aktywnych urządzeń nanoelektronicznych do badań w wysokiej rozdzielczości przestrzennej/czasowej poszczególnych komórek i struktur subkomórkowych. Ponadto prowadzimy aktywne wysiłki na rzecz (i) badania tworzenia komórek cyborgów oraz (ii) celowania biochemicznego urządzeń nanoelektronicznych w celu utworzenia dobrze zdefiniowanych połączeń komórka/urządzenie.
• Tkanka cyborga.  Kontynuujemy opracowywanie nowatorskich biomateriałów, które bezproblemowo integrują macierze urządzeń nanoelektronicznych z tkankami syntetycznymi. Ta wysoce interdyscyplinarna praca obejmuje wdrożenie naszego nowego paradygmatu dla macierzy nanourządzeń 3D połączonych jako rusztowania tkankowe, wraz z hodowlą komórek 3D i technikami pomiarowymi z zastosowaniami, w tym zaawansowaną diagnostyką tkanki na chipie i potężnymi nowymi, aktywnie monitorowanymi/kontrolowanymi implantami tkankowymi.