麻省理工学院研究人员开发多功能纤维来研究脊髓神经元

时间：2021-07-02 09:52:03 来源：

研究人员开发了一种橡胶状纤维，在此示出，可以弯曲和伸展，同时为刺激和监测提供光电刺激和电气连接。

麻省理工学院的科学家开发了一种橡胶状纤维，可用于研究脊髓神经元和潜在的恢复功能。

可植入的纤维是巨大的脑力研究，允许科学家刺激大脑中的特定目标并监测电反应。但是，在脊髓神经中的类似研究，这可能最终导致治疗缓解脊髓损伤，但更难以进行。这是因为脊柱弯曲和延伸，因为身体移动，并且今天使用的相对较硬的脆性纤维可能会损伤精致的脊髓组织。

现在，研究人员开发了一种橡胶状纤维，可以弯曲和伸展，同时提供光电刺激和电气连接的光学脉冲，用于刺激和监测。新的纤维在杂志上介绍了杂志，由麻省理工学院研究生李（爱丽丝）鲁南·奥赛达教授，波利纳教授，华盛顿大学和牛津大学，八人。

“我想创建一个具有与组织兼容的机械性能的多模式界面，用于神经刺激和记录，”Lu说，“作为更好地理解脊髓功能的工具”。但是，该装置必须伸展，因为“脊髓不仅弯曲，而且在运动期间也伸展。”显而易见的选择是某种弹性体，一种橡胶状化合物，但大多数这些材料不适合于纤维拉伸的过程，这将相对大的材料束转换成可以窄于头发的螺纹。

脊髓“在正常运动中经历了约12％的延伸，”奥赛德瓦说，1942年职业发展教授在材料科学与工程系中的职业发展教授。“你甚至不需要进入”向下的狗'[瑜伽位置]来实现这种变化。“因此，找到一种可以匹配的材料，可以匹配这种程度可能对研究产生很大差异。“目标是模仿脊髓的弹力和柔软性，灵活性，”她说。“你可以用橡胶匹配。但是橡胶很难 - 他们中的大多数只是融化，“她说。

“最终，我们希望能够使用这样的东西来打击脊髓损伤。但首先，我们必须具有生物相容性，并能够承受脊髓的应力而不会导致任何损坏，“她说。

纤维不仅可伸缩，而且非常灵活。“他们是如此软盘，你可以用它们来做缝线，并同时做轻型交付，”波里纳·奥尼瓦教授说。（视频：奇（爱丽丝）鲁和田君公园）

该团队组合了一种新开发的透明弹性体，其可以用作光学信号的波导，以及由银纳米线的网形成的涂层，产生用于电信号的导电层。为了加工透明弹性体，将材料嵌入聚合物包层中，使其使其被吸入被证明是高度可伸缩的光纤以及柔性的纤维。在拉伸过程之后，包层溶解。

在整个制造过程之后，剩下的是具有导电，拉伸纳米线涂层的透明纤维。“这只是一块橡胶，但导电性，”奥赛达瓦说。她说，纤维可以在不影响其性质的情况下延伸至少20％至30％。

纤维不仅可伸缩，而且非常灵活。“他们是如此软盘，你可以用它们来做缝线并同时交给光线，”她说。

“我们是第一个开发一些能够在自由移动小鼠的脊髓中同时电气记录和光学刺激的东西的东西，”Lu说。“所以我们希望我们的工作能够为神经科学研究开辟新的途径。”在研究脊髓损伤或疾病的科学家通常必须在他们的研究中使用较大的动物，因为较大的神经纤维可以承受更刚性的电线用于刺激和记录。她说，虽然小鼠通常更容易学习和可用，但以前没有任何技术可以将它们用于这种研究的技术。

“脊髓中有许多不同类型的细胞，我们不知道不同类型如何在受伤后响应恢复，或缺乏恢复，”她说。这些新的纤维，研究人员希望，可以帮助填补这些空白。

该团队包括Alexander Derry，Chong Hou，Siyuan Rao，Jeewoo Kang和MIT教授Yoel Fink;汤姆富豪纳和华盛顿大学的Chet Metiz教授;和牛津大学的Imogen Brown。该研究得到了国家科学基金会，国家神经系统疾病和中风，美国陆军研究实验室和美国军队研究办公室的支持。通过麻省理工学院的士兵纳米技术研究所。

出版物：Chi Lu等，“用于光电探测的脊髓电路的柔性且可伸缩的纳米线涂层纤维，”科学推进2017年3月29日：卷。 3，不。 3，E1600955; DOI：10.1126 / sciadv.1600955

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