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微流体技术+碳纳米管纤维=更安全的脑内植入

导读: 据麦姆斯咨询报道,莱斯大学(Rice University)的研究人员开发出一种新型装置,利用微流体技术在大脑中植入柔韧的导电碳纳米管纤维,以帮助记录神经元活动,有望取代可能会损伤脑组织的传统植入方法。

据麦姆斯咨询报道,莱斯大学(Rice University)的研究人员开发出一种新型装置,利用微流体技术在大脑中植入柔韧的导电碳纳米管纤维,以帮助记录神经元活动,有望取代可能会损伤脑组织的传统植入方法。

微流体技术+碳纳米管纤维=更安全的脑内植入

莱斯大学的研究人员表示,植入技术能够改善通过电极感知神经元信号的治疗方法,为癫痫病和其它相关疾病患者展开治疗。同样,纳米管电极也能帮助研究人员和科学家们找出认知过程背后的机制,使得病人能够看到、听到并控制义肢。

该装置利用快速移动的流体所产生的力将绝缘柔性纤维轻轻地推入脑组织中而不变形。该方法可以取代传统方法——使用坚硬的穿梭物和生物降解护套将电线导入大脑,在此过程中可能会导致敏感组织的损伤。

体内实验表明,微流体装置能够迫使粘性流体在细纤维电极周围流动。快速移动的液体将纤维拉过一个通向脑组织的小孔。尽管导线具有高柔韧性,一旦进入脑组织,仍会保持完全笔直的状态。

莱斯大学的工程师,项目负责人之一Jacob Robinson在一篇新闻稿中表示,“电极就像是煮熟后的面条,你试图把它放到一碗果冻中去。它本身并不起任何作用。但是当你把面条放到水下,水就会把面条拉直。”即使微流体流动速度很快,导线也会缓慢移动。研究人员指出,拉动具有弹性的事物比推动它更容易。

莱斯大学电气和计算机工程师,专门从事神经科学的Caleb Kemere解释道,“最重要的是我们不是仅仅拉动导线的末端或某个位置,我们沿着电极的整个横截面拉动,拉力分布均匀。”

纤维要穿过的孔是纤维尺寸的三倍。然而,它仍然很小,仅能够让少量的流体穿过。研究人员表示,流体不会沿着导线进入脑组织。微流体装置和脑组织之间的小缝隙使纤维保持既定路线。

Robinson说道,“我们利用这个非常短,且无支撑的长度穿透进大脑,并利用后端流动的液体以保持电极的硬度,最终将其深入到脑组织内。”

碳纳米管纤维能够在各个方向上导电,但如果它希望跟神经元通信,只能通过其尖端传导。

研究人员之一Kemere表示,“我们认为绝缘是理所当然的。但是利用一种能保持碳纳米管完整性并阻止离子从侧面进入的物质涂覆碳纳米管纤维,并不容易。”

他开发出一种适用于碳纳米管纤维的涂层技术,并将其宽度保持在15-30微米之间,比人类头发丝还细。Robinson补充道,“一旦我们知道了纤维的尺寸,我们就能制造出匹配其尺寸的装置。结果证明,我们可以将出口通道的直径做到电极直径的两倍或者三倍,同时也不会有大量的流体经过。”

研究人员希望他们能够凭借微流体技术将装置进一步缩小,以便将多个密集封装的微电极送入大脑,使植入物变得更安全且更容易嵌入。

研究人员将其研究结果发表在《纳米快报》(Nano Letters)上,此项研究得到了美国国防部高级研究计划署(Defense Advanced Research Project Agency)、威奥切基金会(Welch Foundation)、美国国家自然科学基金会(National Science Foundation)、美国空军科研办公室(Air Force Office of Scientific Research)、美国国立卫生院(the National Institutes of Health)和癫痫研究联合公民(the Citizens United for Research in Epilepsy)Taking Flight奖金的大力支持。

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