深圳湾尝试室科技立异人物巡礼㉔｜李芬芳：在STEM学科鸿沟一路“狂飙”的斜杠女孩

深圳湾尝试室科技立异人物巡礼㉔｜李芬芳：在STEM学科鸿沟一路“狂飙”的斜杠女孩

人物简介

李芬芳 ，2010年本科结业于武汉大学物理科学与手艺学院，2015年于新加坡南洋理工大学物理与利用物理系获得博士学位，2015-2019年在美国杜克大学机械工程与素材科学学院处置博士后科研工做。2019-2021年以LKC Dean’s Postdoc Fellow任职于新加坡李光前医学院。2021年岁尾加进深圳湾尝试室生物医学工程研究所，担任特聘研究员、独立 PI。

相关研究功效颁发在能耐域国际一流期刊上，包罗 PNAS、Theranostics、Biophysical Journal、Physical Review Fluids等。曾获得南洋理工大学博士研究奖学金，主持一项李光前医学院院长研究基金的声学基因掌握项目（约 195 万人民币的帮助，英国伦敦帝国粹院和新加坡南洋理工大学的结合项目, 每年只要一个名额），并担任过空化范畴重要国际学术会议的分会主席。主持国度天然科学基金青年项目和广东省天然科学基金面上项目。

研究范畴次要包罗生物医学超声空化的流体力学、生物学效应和力学信号转导，微流控中单细胞力学性能阐发，摸索相关机理并开发超声力学调控手艺用于肿瘤和神经系统，以及微流控器件早期检测癌细胞进侵性和药物挑选。

“念大学以前，我并未明白想过要成为一名科学家。我只是不断对峙着做本身喜好的工作。”李芬芳回想起小时候，比拟围看春晚和电视台点歌节目，她更喜好看爸爸以前的高中读本。从文学汗青到数理天然，每本书都是她摸索未知、熟悉世界的钥匙。家人同窗笑称她“木讷”，却不知，其实她那颗足够沉静的心灵，最为接近那世界深入非凡的实意。

学术生活生计中的第一次跨界

在武汉大学素材物理专业念本科时，因为功效排名靠前，李芬芳被选举到了南洋理工大学物理系Claus Dieter Ohl传授的微流控和空化微泡课题组停止博士研究。Ohl传授是一位充满活力的年轻PI，每周五晚上会组织各人一路饮啤酒聊天。然而，一旦涉及到学术问题，Ohl 传授则十分严谨认实。在Ohl传授批示下，李芬芳相继完成了单个空化微泡和惯性微流控等瞬时快速流体对红细胞和癌细胞的高通量力学拉伸尝试和数值模仿，并深进研究了微通道中的空化微泡以及持续激光驱动的自觉震动的微泡的动力学和热效应。

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研究过程中，李芬芳和同事发现拉伸红细胞的空化流变学办法利用于癌细胞时感化甚微，通过数值仿实，她们发现了细胞的构造尺寸和能否位于流场鸿沟对其在微通道中遭到的流场剪切力影响很大，正好阐了然为什么同种办法适用于扁平状的红细胞而不适用于球形癌细胞。于是，他们改用微流控惯性聚焦办法来测试癌细胞，尝试得以顺利开展。在Ohl 传授的鼓舞下，李芬芳决定结业后进进美国的Pei Zhong传授尝试室陆续博士后研究工做。

彼时，生物医学超声正开展成为涵盖成像、调控、治疗等在内的科学研究和医学利用的多功用东西，空化效应（cavitation）在超声治疗中起着重要感化。例如，空化微泡协助冲击波碎结石，协同高强度聚焦超声（海扶刀）消融肿瘤，以及空化微泡协助中低强度聚焦超声翻开血脑屏障送药和刺激线虫神经元活动等。然而，在那些新兴利用中，超声和空化微泡在细胞和分子程度的详细感化机理尚未明白。要进一步研究空化微泡在微情况下的物理效应及其细胞程度的生物力学效应，李芬芳过往的空化物理和流体力学布景正好可以派上用场。

李芬芳在美国的博后课题是在微流控器件里面培育提拔图案化的贴壁细胞，用微泡射流精准刺激细胞，研究细胞内钙反响的动力学和机造。如许空化微泡-细胞的彼此感化能得到很好的掌握，有看阐明声穿孔和神经调控利用中涉及到的重要调剂信使-细胞钙信号。

“科学的道路历来都是坎坷的，连结自信心和对峙，沉下心来做好每一步，不竭走出本身的温馨区进修新工具十分重要。”从利用物理范畴转向生物医学工程范畴，那是李芬芳学术生活生计中的第一次跨界，前方有大量的生物学常识亟待填补，但随之而来的有无限可能。

不积跬步无以致千里

在Pei Zhong尝试室，李芬芳和同事们努力于获得可控的微泡-细胞彼此感化来同步研究细胞钙反响和细胞膜穿孔，尝试设想和操做比力复杂，失败率也较高。养细胞时一旦呈现失误，一整周预备微流控器件的勤奋便会付诸东流，所以每一步都十分关键。然而在联系关系细胞内钙反响和细胞穿孔时，李芬芳碰着了成像和图像处置的困难。一筹莫展之际，博士期间自学的Matlab图像处置和编程技能帮到了她。末于，李芬芳从细节处找到处理路子，操纵最根底的开源软件micromanager实现了硬件的掌握和图像的同步摘集，尝试获得了重要打破。

其时，范畴内并没有对超声引起的差别钙反响停止区分和量化。在李芬芳和同事两年多的勤奋下，她发现快速钙离子波与细胞破孔有关，慢速钙离子波则跟超声激发细胞膜上的离子通道有关。李芬芳还在细胞膜上加了一些与细胞内部骨架相连的微珠，微泡震动产生的力通过挪动微珠能够传导到细胞里面。在不损伤细胞的前提下，细胞产生钙反响的概率明显上升。那一发现对超声神经调控、组织修复等范畴均有助益。末于，他们的功效颁发在了《美国科学院院刊》PNAS上。

从工程学院进进神经科学尝试室

第一个博后顺利出站，李芬芳又将目光对准了超声神经调控范畴。不断以来，光遗传学是研究神经科学的重要东西，但光的穿透深度有限而凡是需要植进光纤，会招致组织发炎和天然行为受骚乱。无创的神经调控手艺无论是对根底神经科学研究仍是对治疗神经疾病都至关重要。目前存在的非侵略式的手艺包罗经颅曲流电刺激和经颅磁刺激，但其空间对准精度和穿透深度都有限。聚焦超声以声学压力波的形式无创地将机械力传递到体内深处的细胞，根据差别的脉冲体例，能够产生包罗热或者力学的多种生物效应。聚焦超声空间辨认率显著优于经颅曲流电刺激和经颅磁刺激，好比0.5MHz时空间对准精度为3mm。此外，低强度聚焦超声能靶向任何深度的脑部区域。

那些特征使其具有很大潜力成为一种无创脑刺激的办法，成为当前一大研究热点。超声被报导能间接激发或者按捺神经元，但感化机造不明白，出格在细胞和分子程度。原因之一是目前大部门研究摘用钙成像，膜片钳笔录不成用。膜片钳手艺能获得的动做电位和突触后电流的时间辨认率和动态的定量信息是其他手艺无法获得的。

在拥有超声神经调控所需的学科穿插布景下，李芬芳意识到超声神经调控范畴的浩荡潜力和本身神经科学方面常识技能的不敷。2019年，她顺利获得李光前医学院院长研究基金，并加进了神经科学家George Augustine传授尝试室进进第二个博士后研究阶段。

“新的博后课题是操纵超声刺激高密度神经元培育提拔物，研究突触后电流与递量释放之间的关系。从工程学院进进神经科学尝试室，我需要自学膜片钳以及电心理方面的常识。”李芬芳介绍，超声相关的Set-up都要从头摘购和搭建整合到已有的仪器上，她只能更勤奋地白日做尝试，晚上恶补神经科学理论。2022年，获得超声神经调控范畴的阶段性功效后，她考虑组建本身的独立尝试室。

安身湾区开展穿插协做

在一位科研同仁的鼎力选举下，李芬芳领会到那所位于粤港澳大湾区的新型研究机构——深圳湾尝试室。她登录尝试室官网，找到几位相关范畴的PI联络体例，主动发邮件沟通。与他们的交换中，李芬芳领会到深圳湾尝试室确实有着开放、自在与协做的科研气氛，是一个年轻且兴旺开展的科研机构，也是青年科学家开启独立科研事业的抱负平台。

“进职后，我发现深圳湾尝试室的本能机能部分工做确实高效，让科研人员能够集中精神做本职工做。尝试室赐与了我们较大的撑持力度，包罗足够的物量根底保障、一流的仪器设备和科研办事平台。科研人员也有足够的自在度和发扬空间往做兴致驱动的科研。此外，尝试室PI的研究布景各不不异，为开展穿插学科研究和协做供给了便当前提。”李芬芳说。

“固然声遗传学开展较敏捷，但目前尚未找到跟光遗传学相媲美的离子通道。我与心理所的张洋教师正在协做研发一种新的离子通道，期看把它engineer到神经元或者其他脑细胞里面，用超声往验证它能否能成为一个普适性的声学灵敏离子通道，来实现无创的细胞专一性的声学调控。此项研究有看为神经科学供给细胞特异性的无创的深部脑区刺激办法，为研究和干涉神经退行性疾病供给新的东西。”除了陆续在超声力学调控手艺和微流控手艺范畴停止研究，李芬芳也非常积极地与其他PI开展协做，摸索研究新的穿插课题。

此外，李芬芳还与神经所的张喆研究员协做研发基于人源干细胞分化的血脑屏障芯片，期看借此打造一小我源细胞血脑屏障平台，研究超声翻开血脑屏障的机理以及递送药物的参数优化。与体内动物模子比拟，李芬芬参与研究的人源细胞血脑屏障平台具有成本低、试验周期短、操做简单等长处，在研究疾病发病机造和药物挑选中有很大潜力。

李芬芳始末记得一位俄罗斯同事曾对她说过的话：“Make good use of the resources around you.”在拥有近百收科研团队以及高精尖支持平台的深圳湾尝试室里，面前的资本与时机无疑是业内一流的。谈及研究目标，李芬芳表达：“将来，我期看在那里尽快建立好本身的研究团队，围绕课题组次要研究标的目的做出更多原创性的工做和好的科学研究，同时与更多具备物理工程和生物医学穿插研究布景和研究兴致的小伙伴停止协做攻关，做出能被承认的工做。”

（受访者供图）

（原题目《深圳湾尝试室科技立异人物巡礼㉔｜李芬芳：在STEM学科鸿沟一路“狂飙”的斜杠女孩》）

（做者：深圳特区报首席记者 闻坤 练习记者 谭苏昕 通信员 王筝 鲍文旭）