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出品:科普中國
作者: 石霧遙
監(jiān)制:中國科普博覽
你能想象嗎?在未來,只需要輕輕一針,就能在腦內(nèi)植入電極,外加一些醫(yī)療手段的協(xié)助,就能為神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者解決困擾生活的病癥。
這個看似遙遠的設(shè)想,可能離成功又進了一步。在最近發(fā)表的《科學》期刊上,科學家們成功實現(xiàn)了在生物體的腦袋中植入電極,讓人們再一次看到了科技改變生活的希望!
大腦
(圖片來源:Veer圖庫)
如何實現(xiàn)在腦中植入電極?
那么,科學家們是怎么實現(xiàn)在生物體內(nèi)定位安裝導電電極的呢?
科學家們配制了一種多組分的混合物凝膠,混合物中均為無毒的成分。當混合物凝膠注射入體內(nèi)后,體內(nèi)神經(jīng)組織周圍的內(nèi)源酶會催化混合物中的前體發(fā)生一系列氧化聚合交聯(lián)反應(yīng),生成離子-電子混合導電聚合物,最終形成在生物體內(nèi)長期穩(wěn)定的均勻軟電極。
電極形成過程
(圖片來源:參考文獻1)
科學家將這種凝膠注入到斑馬魚的腦袋、尾鰭、心臟和水蛭神經(jīng)組織的周圍,發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi),凝膠接觸到身體中的天然分子后,自身結(jié)構(gòu)的改變造成在體內(nèi)產(chǎn)生導電性。這種電極不會對生物體的組織產(chǎn)生傷害,也不會引起機體的免疫排斥反應(yīng)。
簡單地說,就是科學家們研究出了一種既對生物體無害,生物體也不排斥的凝膠。這種凝膠進入生物體內(nèi)之后,可以通過結(jié)構(gòu)的改變產(chǎn)生導電性。
該方法成功將導電材料定位到了生物體內(nèi)特定的神經(jīng)組織周圍,為神經(jīng)刺激創(chuàng)造了適合的交互界面。隨著科學技術(shù)的進一步發(fā)展,在生物體內(nèi)創(chuàng)造出集成電子電路是完全可能的!
生物體內(nèi)形成電極
(圖片來源:參考文獻1)
在身體中還能植入哪些“高科技”
除了在神經(jīng)附近植入電極,人體內(nèi)還有其他能夠植入的“高科技”,為有需要的人群們帶來福音。
神經(jīng)植入物
為了緩解神經(jīng)功能性障礙為人體帶來的不便,美國國防部和美國國立衛(wèi)生研究院投入了大量的資金進行神經(jīng)植入物的研究。
神經(jīng)植入物是一種可以與人體內(nèi)的神經(jīng)元相互作用,感應(yīng)神經(jīng)元的特殊裝置。當我們發(fā)生思考或記憶等行為時,我們大腦內(nèi)的神經(jīng)元便會被激活,發(fā)射出可以被植入記錄的脈沖電波。
因此,植入的裝置可以很好地記錄腦內(nèi)神經(jīng)的具體活動?;诖?,便可實現(xiàn)對于神經(jīng)系統(tǒng)的外界操控。通過此技術(shù),可以實現(xiàn)記憶的改善,減少腦部神經(jīng)功能障礙等。
大腦記憶
(圖片來源:Veer圖庫)
人工心臟
心臟是保證人活著的動力,心臟一旦病變,會直接影響人的生存。幸好有磁懸浮人工心臟,為更多心臟病患者帶來了希望。
人工心臟類似于戴在腰間的擴音器,厚度不到3厘米,直徑也只有5厘米,重量不足半斤,十分便攜。人工心臟的工作原理涉及到永磁鐵和電磁鐵的特性,通過兩者的有效調(diào)節(jié),實現(xiàn)血泵體積的降低。此外,研究者成功讓人工心臟與體內(nèi)血液相容,從而解決了體外排斥及血栓問題。
不過,有一點特別要注意。人工心臟是需要時刻保證有電量的,一旦斷電便會對人生命造成危險,因此要保證日常生活中不能斷電。
心臟
(圖片來源:Veer圖庫)
結(jié)語
現(xiàn)代科學的發(fā)展,幫助我們實現(xiàn)了很多看似天馬行空的設(shè)想,也幫助苦受病癥折磨的人們看到新的希望。相信隨著科學的進一步發(fā)展,植入人體的“高科技”將會具有更穩(wěn)定、更強大的功能,能夠真正惠及人類,進一步實現(xiàn)科技改變生活。
參考文獻:
[1] Strakosas, Xenofon; Biesmans, Hanne; Abrahamsson, Tobias; et al. Metabolite-induced in vivo fabrication of substrate-free organic bioelectronics. Science, 2023, 379, 6634, 795-802.
[2] 方思源. 離心式磁懸浮心臟泵支承特性研究[D]. 武漢理工大學, 2012.
[3] 楊丹,等. 植入式神經(jīng)微電極. 材料導報. 2020,34(01).
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