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    新聞動態

    非金屬的大腦電極:MIT 團隊消除電子植入物安全隱患,人造器官、機能修復指日可待

    發布日期:2023-07-03
    非金屬的大腦電極:MIT 團隊消除電子植入物安全隱患,人造器官、機能修復指日可待

    本文來自微信公眾號:SF 中文 (ID:kexuejiaodian),作者:SF

    電子植入物可以提供電脈沖、刺激神經,為人們治療疾病提供了新思路。但是,許多電子植入物存在與人體排斥的問題,會引起炎癥等免疫反應,甚至影響疾病的治療效果。而聚合物水凝膠由于其無毒親和的性質,受到越來越多研究電子植入物的科學家們的青睞。

    文 | 聞靜

    隨著醫學以及其他各領域技術的發展,讓過去許多無法克服的疾病、殘疾的治愈有了希望。并且,由于生活水平的提高,我們的預期壽命普遍都提高了,那么就有了過去人類發展階段都未曾面臨的問題——衰老,我們既要面對因衰老而出現的新問題,還要滿足現代人對生活質量的追求,保證大家都有一個高質量的老年生活。個性化醫療或許是這些問題的一個出路。

    電子植入物作為一種生物電子器件,其發展融合了多項技術,并且其本身就具有特異性的特質,契合個性化醫療的發展趨勢。

    改進電子植入物需要無金屬的電極材料

    電子植入物的用途越來越廣,例如,為了消除心臟手術、大腦手術的負面效應,需要在心臟和大腦中植入電子設備,其可對心臟和大腦進行持續的電刺激;在大腦中的特定位置植入電子設備,可以幫助失明者恢復視力,或者幫助帕金森病患者恢復行動能力;在鎖骨下埋入電子設備,與迷走神經連接,可用于治療比較頑固的癲癇和抑郁癥,以及減緩風濕性關節炎和克羅恩病的癥狀;為了研究人體各部分的運行機制,科學家也會為志愿者的體內植入傳感器或者控制器,收集電流、壓力、脈沖等數據,以用于生理病理的探究和人工智能的開發。

    但是電子植入物的材料通常會跟人體相排斥,引發并發癥或者炎癥。聚合材料對人體親和,但是絕大多數聚合材料并不導電。直到上世紀

    70

    年代,科學家才發現有些聚合材料具有導電性。而金屬可導電,廣泛應用于電子設備中。有些科學家便試圖將聚合材料應用于電子植入物中,作為電極材料,以取代金屬。

    目前,許多現有的導電聚合物水凝膠不適用于一些先進制造技術,如

    3D

    打印。而由于生物個體之間普遍具有差異性,為了滿足使用者的個性化需求,生物電子器件對特異性要求較高(好比,我們都知道矯正牙齒很貴,牙套、牙箍等需要定制,并且還要根據使用者的牙齒變動情況,定期調整牙套或牙箍),這些無法進行

    3D

    打印的材料就不適合制造生物電子器件。

    能緊密整合在一起,又能無傷分離

    近日,美國麻省理工學院(MIT)趙選賀團隊在《自然?材料》(Nature

    Materials)上發表文章,報告了一種高性能的導電聚合物水凝膠

    ——BC-CPH(bi-continuous

    conducting

    polymer

    hydrogel,即雙連續導電聚合物水凝膠)。這種材料在電導率(超過

    11S/cm)、拉伸性(超過

    400%)和斷裂韌性(超過

    3300J/m2)上都表現優越。

    在該研究中,科學家發現,可以利用調整溶劑的含量,來控制

    BC-CPH

    材料的粘度。因此,BC-CPH

    材料可適用于各種制造方法:低粘度

    BC-CPH

    材料可用于各種制造方法,包括旋轉涂抹和靜電紡絲;而高粘度

    BC-CPH

    材料作為一種可成型和可打印材料顯示出良好的流變性能,允許通過基于軟光刻的微成型技術來制造

    BC-CPH

    微結構,以及進行3D打印。

    根據這種特性,科學家以低含水量

    PU

    為封裝層、BC-CPH

    為電學功能層、粘附性水凝膠為粘結層進行多材料

    3D

    打印,得到的全水凝膠生物電子界面可以與目標組織發生快速、堅固和無縫合的整合。而如果要拆除這種電子植入物,只需要采用特定的分離溶液將生物電子界面與目標組織分離,并不會造成組織損傷。

    另外,加上全水凝膠生物電子界面還具有良好的循環特性(單電極阻抗可長期保持穩定,可承受

    10000

    次的拉伸應變),其可為機體提供長期的電生理功效。

    科學家表示,這種高性能的導電聚合物水凝膠材料在機器和生物系統之間提供了一個更好的電氣接口,未來在組織工程和再生醫學中也會有更廣泛的應用。

    參考文獻:

    https://www.nature.com/articles/s41563-023-01569-2

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