加速修復(fù)受損神經(jīng) 科學(xué)家研發(fā)新型可被人體吸收材料

未包裹心臟或神經(jīng)組織的硅膜。由于表面的孔隙，以非均勻方式反射和吸收不同波長的光，導(dǎo)致出現(xiàn)不同顏色

為加速神經(jīng)受損后的修復(fù)速度，以色列理工學(xué)院聯(lián)合芝加哥大學(xué)開發(fā)出一種新材料，能通過外部光源產(chǎn)生電流刺激受損的神經(jīng)組織恢復(fù)。

該超薄材料可以纏繞在體內(nèi)受損神經(jīng)上，即便傷口閉合，也能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換對其進(jìn)行加速修復(fù)。

據(jù)了解，這種材料將老鼠的神經(jīng)修復(fù)速度提高了33%，現(xiàn)在已經(jīng)開始針對人類進(jìn)行開發(fā)和測試。

近期，相關(guān)論文以《基于孔隙的異質(zhì)結(jié)可實(shí)現(xiàn)組織的無引線光電調(diào)制》為題發(fā)表。

該研究由以色列理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的助理教授赫米·羅滕貝格和芝加哥大學(xué)物理化學(xué)系教授田博之領(lǐng)導(dǎo)。

據(jù)了解，神經(jīng)組織是在身體不同部位之間傳遞信息的生物平臺。比如周圍神經(jīng)系統(tǒng)控制身體許多活動(dòng)，包括肌肉激活、感覺信息的傳遞等，其損傷可導(dǎo)致癱瘓、麻木和慢性疼痛。盡管周圍神經(jīng)能夠進(jìn)行再生，但該過程緩慢且結(jié)果有限。

“在周圍神經(jīng)損傷后，神經(jīng)會再生，但它們生長較緩慢，這期間，人們可能會遭受重大損害。我們的目標(biāo)是加快這一過程?！绷_滕貝格在以色列理工學(xué)院官網(wǎng)上說。

據(jù)了解，目前一些醫(yī)療干預(yù)可以增強(qiáng)受損神經(jīng)的康復(fù)。其中一個(gè)治療解決方案是電刺激，其有效性已在許多研究中得到證實(shí)。但這種方法通常涉及侵入性手術(shù)，可能會損害身體組織。本次研究或可消除未來對電極移植的需求。

具體來說，研究人員創(chuàng)造了一種新的半導(dǎo)體器件，采用靈活的超薄膜配置，可與生物組織良好連接。近紅外光被投射到皮膚上，再擊中由新材料制成的膜，然后光激活受損的神經(jīng)組織。

孤立心臟的激光起搏，右側(cè)可以看到硅膜。通過將光投射到膜上，可以在心律失常的情況下改變心率，肢體運(yùn)動(dòng)也會受到光脈沖影響

值得一提的是，該論文里還提到，使用這種由硅基材料制成的薄膜來包裹受損的神經(jīng)組織，或者在心臟起搏（植入人工心臟起搏器刺激心臟）的情況下包裹心臟本身，不用再進(jìn)行手術(shù)就能將其從體內(nèi)移除，它可在體內(nèi)被吸收，但不會產(chǎn)生任何毒性。

“我們開發(fā)的是一種光伏材料，即將光能轉(zhuǎn)化為影響神經(jīng)組織的電能的材料。在論文中，我們證明了這種新物質(zhì)在兩種不同背景下的功效，心臟起搏和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的激活。”羅滕貝格在學(xué)校官網(wǎng)繼續(xù)解釋說。

據(jù)了解，研究人員所開發(fā)材料還有其獨(dú)特性，它是由單一類型的硅形成的半導(dǎo)體二極管結(jié)。而通常二極管是通過連接兩種類型的硅（P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體）制成的，兩者的交界面形成空PN結(jié)。

兩種不同材料之間的聯(lián)系是一個(gè)非常復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，此新型材料僅由P型硅制成，并且結(jié)由普通硅和多孔硅構(gòu)成，因此本次研究提出的發(fā)現(xiàn)具有一定重要性。

羅滕貝格在官網(wǎng)還介紹到，新材料的產(chǎn)生來自一次意外。當(dāng)時(shí)，他不小心在實(shí)驗(yàn)室里使用了一把金屬鑷子，無意間為溶液提供了鐵離子。結(jié)果鐵離子催化了硅表面納米孔的產(chǎn)生。

值得一提的是，據(jù)了解，經(jīng)過進(jìn)一步研發(fā)，這種超薄材料不僅可用于修復(fù)受損神經(jīng)，也可在臨時(shí)心臟起搏中發(fā)揮作用，通過刺激心臟及激活周圍神經(jīng)系統(tǒng)，幫助患者術(shù)后康復(fù)，避免電極插入和取出時(shí)對人造成的不適。

此外，這種新材料還是一個(gè)窗口，除了可以在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)颊呱眢w的組織產(chǎn)生外部影響，新的發(fā)展預(yù)計(jì)將為各種應(yīng)用做出巨大貢獻(xiàn)，例如在可再生能源領(lǐng)域。

由于太陽能等可再生能源不能全天以恒定的強(qiáng)度運(yùn)行，因此儲能成為促進(jìn)這些能源使用的主要挑戰(zhàn)。該方面的趨勢之一是通過太陽輻射的功率分解水來生產(chǎn)氫氣，而氫氣是一種可儲存的能源。新材料或?qū)⒓铀俑冗M(jìn)、更高效的太陽能設(shè)備的開發(fā)。

在以色列理工學(xué)院官網(wǎng)，羅滕貝格表示：“該材料3年～5年將在人類身上得到廣泛應(yīng)用?！?/p>