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複雜的訊號傳遞,需要極柔軟的纖維。

腦和神經複雜的訊號傳遞,需要多功能柔軟的纖維做傳遞。Credit: David.R.Carroll@Flickr CC BY 2.0

生物體的腦部要能正常工作,仰賴複雜的訊號傳遞,包含有電訊號、化學刺激和機械訊號等,同時作用。也因為如此,對於腦部的研究,科學家要能夠在同一時間和位置,收集或者給予這類的訊號,來做仔細的研究或治療,非常艱鉅。首要面臨的就是,如何藉由一個媒介將設計好的多種訊號送到腦部,或者傳輸出來。因為腦部相當脆弱,這個設計的產品,必須要相當小且柔軟,不會傷害到腦,同時具有生物相容性。現有的腦神經探測,通常僅針對一種訊號傳輸設計,如此限制了腦神經研究的深度和寬度。

多功能纖維傳輸光、電訊號和藥物

美國麻州理工學院(MIT)的科學家,設計了一種纖維,像是人腦和機器間的介面,可以同時使用於光刺激、神經訊號紀錄和藥物釋放。從機械、光、電和微流體量測的功能顯示,這個新設計的纖維在彎曲狀態下仍作用得很好,柔軟性佳,可以放置於體內長達兩個月。

加熱拉深製程達奈米尺寸

這種纖維由聚合物(polymers)經由加熱拉伸製程(thermal drawing process)製作而成。這個技術的關鍵在於要先製作一個較大尺寸的初始版本,稱做預製(preform),內含能導引「光」的管道、攜帶「藥物」的管道、運用導電極來攜帶「電訊號」的管道。其尺寸大小約在「英吋」這個等級,然後將這個纖維加熱直到變軟,然後再拉伸,成為較細的纖維,卻仍可保有原來設計的構造。每一次拉伸後,直徑會縮小為原尺寸的千分之五,一直重複這個步驟,就可以達到奈米等級的大小。

研究更廣更深

因為集合了各種管道在同一條纖維內,使其可以精確地刺激神經活動,進一步治療神經疾病。例如:可以經由這種纖維將光傳入,以刺激神經,然後利用嵌入的電極監測效果,同時,可以導入藥物,這時候再記錄神經元的電訊號,了解藥物的效用。

這個製作奈米纖維的製程,有沒有很像拉麵或者拉龍鬚糖?越拉越細,細到奈米等級,就可以拿來做為腦部神經訊號藥物傳輸用。

文章參考:MIT News
圖片來源:David.R.Carroll@Flickr CC BY 2.0
影片來源:Massachusetts Institute of Technology (MIT)
原文參考:Nature Biotechnology

 


作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。