复旦大学光电研究院青年研究员宋恩名 聚焦脑机接口技术 促进生物医学发展

■文／萧 磊

二十多年前上映的科幻片《黑客帝国》为我们描绘了一幅脑机接口技术的画面——在脑后插入线缆能畅游计算机世界，直接将知识传输到大脑中即可学习知识。三年前，Space X 及特斯拉创始人埃隆·马斯克对外宣布旗下主攻脑机接口技术的公司Neuralink 获重大突破，已找到高效实现接入式脑机接口技术的方法。

学界普遍认为，脑机接口技术将是未来推动社会发展的一项极为重要的关键技术，且医疗场景是业内公认的刚性市场，不容小觑。复旦大学光电研究院青年研究员宋恩名正在这一领域一马当先，进行面向柔性脑机接口应用的全脑维度硅纳米薄膜晶体管阵列研究。

由于成绩突出，宋恩名位列《麻省理工科技评论》亚太区2021年度35 岁以下科技创新35 人，并入选上海脑科学与类脑研究中心求索杰出青年计划研究组长（2020年）。

脑机接口技术阳光照亮医疗领域

学术界人士认为，以植入式脑机接口技术为代表的植入式柔性电子系统发展潜力巨大，其研究突破可促使生物医学工程的快速进步。宋恩名选择以创新型的硅纳米薄膜材料及与CMOS 工艺兼容的柔性转移制备技术为出发点，希望解决刚性结构与信息采集面积、分辨率不足的局限。经过不懈的努力，他通过创新纳米薄膜材料的新型柔性转移技术，通过背部衬底刻蚀（体硅）形成柔性的整体器件和调控转移媒介表面形貌，实现万级通道、分布密度可控的脑电信号放大微电极阵列，从而得到大规模、高密度分布的、宏观上可弯曲的脑电传感系统。他所制备的脑电放大电极阵列包含64000 个硅薄膜晶体管，采集面积（～150 cm2）、映射像素点（＞32000个CMOS）等关键参数都超国际目前已报道的水平两个数量级以上。

近年来，各类面向脑内电子移植的创新型器件发展迅猛，对于超薄纳米尺寸的、无缺陷结构的封装层的需求进一步增高，以阻止生物溶液的渗入、维持植入器件的稳定性工作。针对这一难点，宋恩名揭示了基于单晶硅热氧化生长的SiO2纳米薄膜具备极佳的封装性能，同时以此为基础研究二氧化铪与聚对二甲苯可以有效提高封装性能，作为双面封装策略从而对植入式柔性电子系统进行长期稳定性保护。从医疗角度来看，这些研究成果可以为最先进的植入式系统如心脏起搏器、深脑激发探针等提供强大的工程设计基础，从而实现其长期稳定性的高效工作。宋恩名最终将实现生物体内的电生理信号（如脑电信号）的记录与采集，进而可能应用到特定脑疾病如帕金森症的诊断与监测。

柔性生物电子还将面向更宽广的应用背景，不仅限于柔性脑机接口，柔性可穿戴微型器件同样具有无限可能。针对于此，宋恩名建立了可穿戴式、微尺寸的皮上柔性电子放大电极阵列，实现了可深度探测人体器官力学性能的集成传感系统。他提出结构紧凑微型尺寸的柔性电子机电系统，可用于紧密契合生物/人体器官，进而精准测量器官组织的弹性模量。他提出的电极阵列已证实可实现对不同应用目标，如生物材料水凝胶、猪皮体外测试、志愿者皮肤各位置等进行有效检测。该系列性研究成果应用范围广泛。基于该电极阵列的大规模弹性模量成像技术已证实可应用于各类皮肤病症、皮下肿瘤等的治疗，预计与现有的医疗手段有效结合，最终实现探测、定位、诊断一体化的面向人体健康医疗的应用。相关成果宋恩名以第一作者发表了1 篇国际生物医学工程顶级期刊Nature Biomedical Engineering论文。

科研上下求索没有终南捷径

上述的成绩取得离不开灵感，更离不开宋恩名的心血和汗水。2018年，宋恩名在复旦大学材料科学系梅永丰教授的谆谆教诲下获得博士学位后，远赴美国西北大学生物电子中心开展博士后阶段科研工作，同年3月起兼任美国伊利诺伊大学香槟分校研究助理教授。

在拥有教授职称的双亲的影响和帮助下，宋恩名从小便是周围人口中的“学霸”和“别人家的孩子”。他也始终在为了实现自己心中的梦想而孜孜不倦、上下求索。幼时，宋恩名的梦想是游历欧洲，开阔眼界。在25 岁时，宋恩名实现了这个梦想。攻读学士学位期间，宋恩名的向往是在国际顶级期刊上发表一篇以自己作为第一作者的学术论文。今年32 岁的宋恩名已经以第一作者发表了10 余篇高质量期刊论文，其中包括了Nature Materials、Cell、Nature Biomedical Engineering 和美国国家科学院院刊PNAS 等。当前，怀着深重的学术良知和社会责任感，宋恩名怀抱的最大梦想是在所擅长领域产出对学术界和产业界都有价值的科研成果。为了实现这一目标，宋恩名决定积跬步而致千里，依次完成短期的小目标，逐渐累积到学术成就“质变”。

宋恩名始终牢记在2015年9月15日第一次见到自己的恩师、美国“四院”院士John A.Rogers 教授之时，John A.Rogers 教授语重心长地告诉宋恩名，在这里获得成功的秘诀——“interest（兴趣）”“effort（努力）”“hard-working（勤奋）”。宋恩名就用这三个闪光的词汇串联起一句话——勿忘初衷，保持兴趣，厚积才能薄发，科研无捷径。他以此时时鞭策鼓励自己，废寝忘食，艰苦奋斗。在美国西北大学开展工作期间，宋恩名坚持每天早6 点出门、晚11 点回家，却浑然不觉得劳累或者辛苦。现在回忆起来，宋恩名觉得自己当时是进入到“忘我”或者“无我”状态，享受着科研带来的酸甜苦辣，时刻乐在其中。正因为如此，在2020年，宋恩名便获得关于植入式封装技术的一项美国专利，目前已经授权他人使用。

中国传统知识分子的人生理想可以归结为“修身、齐家、治国、平天下”。作为深受中华传统文化熏陶和浸润的学界人士，宋恩名也拥有浓厚的家国情怀，牢记自己肩负的学术使命，愿意投身到时代洪流中，为民族复兴“中国梦”实现而尽自己的绵薄之力。

2021年8月，宋恩名正式入职复旦大学光电研究院，并于当年11月开始正式开展工作。入职后，宋恩名在光电研究院院长褚君浩院士、材料科学系梅永丰教授的帮助与指导下，迅速组建个人课题组，搭建实验室，结合自身在材料科学的背景基础、微纳系统的半导体器件工艺与面向神经科学工程应用的研究成果，不断设计、构建和开发新型类脑人工智能应用技术。

为了学术梦想，宋恩名殚精竭虑，不辞辛劳，相信这一切努力都会转变为他求索路途中的明灯，照亮他的漫漫科研征程，助力他建功新时代。