研究人員利用導電奈米線製造出”軟黃金”神經
說到黃金,你可能會想到珠寶或金條。但瑞典林雪平大學的研究團隊卻用這種金屬製成了與人體神經系統連接的電極,而且是以一種全新的方式。他們設計的金奈米線足夠柔軟、有伸縮性,具有真正的生物相容性並能與神經系統連接。
他們的研究成果發表在《Small》雜誌上,可為新型醫療植入物和介面鋪平道路,這些植入物和介面可與我們的神經近距離接觸,而不會對其造成損害。這些電子設備透過與人體無縫結合,可幫助治療癲癇、帕金森氏症、癱瘓或慢性疼痛等疾病。
“電子學中使用的傳統導體是金屬,非常堅硬。神經系統的機械特性更像是柔軟的果凍,”領導這項研究的材料科學教授Klas Tybrandt解釋說。 “為了獲得準確的訊號傳輸,我們需要非常接近相關的神經纖維。”
然而,由於人體不斷移動,要實現軟硬材料之間的緊密接觸是個問題。使用柔軟、有彈性的電極可以解決這個問題,因為它們不會像堅硬的金屬電極那樣對組織造成損害。但如何使它們既具有足夠的導電性,又具有生物相容性一直是一大難題,這就是奈米金絲的用武之地。
泰布蘭特的團隊在柔軟、有彈性的矽橡膠中嵌入了極細的金絲–比人的頭髮絲細1000倍左右–來製作電極。矽膠已被用於隆乳等植入物,而金和鉑在醫療設備中也很常見。
但是,在此之前,用金製造狹長的奈米結構一直很困難。研究人員發現了一種巧妙的變通方法,即從細長的銀奈米線開始,由於銀的獨特性質,製造這種奈米線要容易得多。
Klas Tybrandt 研究小組的博士生Laura Seufert 決定使用銀奈米線作為基板,然後在其周圍生長金。然後將銀移除,留下純度超過99% 的金結構。
這個過程非常棘手,但為了製造出兼具高導電性、柔軟性和生物相容性的電極,使其能夠長期與人體連接,這個過程是值得的。測試表明,這種材料在植入人體後至少能保持穩定三年。
為了展示他們的軟金電極,研究人員與林雪平神經學家西蒙-法內博(Simon Farnebo)合作,成功地刺激並記錄了大鼠神經的信號。
在完成了基礎研究後,研究團隊正試圖進一步改進這種材料,以製造出較小的電極,從而更接近單一神經細胞。從心臟起搏器到腦機接口,生物電子學的未來可能會有一個金色的襯裡–或至少是金色的奈米線在幕後牽線。