活体大脑中生长的电极

生物学和技术之间的界限正在变得模糊。瑞典林雪平大学、隆德大学和哥德堡大学的研究人员已经成功地利用人体分子作为触发器在活组织中培养电极。

结果发表在《科学》杂志上，为生物体中完全集成的电子电路的形成铺平了道路。

(资料图片)

“几十年来，我们一直试图创造模仿生物学的电子产品。现在我们让生物学为我们创造电子产品，“林雪平大学有机电子实验室LOE的Magnus Berggren教授说。

将电子与生物组织联系起来对于理解复杂的生物功能、对抗大脑疾病以及开发人与机器之间的未来接口非常重要。然而，与半导体工业并行开发的传统生物电子学具有固定和静态设计，即使不是不可能，也很难与活的生物信号系统相结合。

导电材料

为了弥合生物学和技术之间的差距，研究人员开发了一种在活组织中制造柔软，无基底，导电材料的方法。通过注射含有酶作为“组装分子”的凝胶，研究人员能够在斑马鱼和药用水蛭的组织中生长电极。

“与身体物质的接触会改变凝胶的结构并使其导电，这在注射之前是没有的。根据组织的不同，我们还可以调整凝胶的组成以使电过程继续进行，“LOE和隆德大学的研究员，该研究的主要作者之一Xenofon Strakosas说。

人体的内源性分子足以触发电极的形成。不需要基因改造或外部信号，如光或电能，这在以前的实验中是必要的。瑞典研究人员是世界上第一个在这方面取得成功的人。

他们的研究为生物电子学的新范式铺平了道路。以前需要植入的物理物体来启动体内的电子过程，将来注射粘性凝胶就足够了。

完全集成

在他们的研究中，研究人员进一步表明，该方法可以将电子导电材料靶向特定的生物亚结构，从而为神经刺激创建合适的界面。从长远来看，在生物体中制造完全集成的电子电路是可能的。

在隆德大学进行的实验中，该团队成功地在斑马鱼的大脑，心脏和尾鳍以及药用水蛭的神经组织周围实现了电极形成。动物没有受到注射凝胶的伤害，否则也不会受到电极形成的影响。这些试验的众多挑战之一是考虑动物的免疫系统。

“通过对化学进行明智的改变，我们能够开发出被脑组织和免疫系统接受的电极。斑马鱼是研究大脑有机电极的绝佳模型，“隆德大学医学院的Roger Olsson教授说，他在哥德堡大学也有一个化学实验室。

多年的酝酿

正是罗杰·奥尔森(Roger Olsson)教授在阅读了林雪平大学研究人员在2015年开发的电子玫瑰后，主动进行了这项研究。一个研究问题，也是植物和动物之间的一个重要区别，是细胞结构的差异。虽然植物具有刚性的细胞壁，可以形成电极，但动物细胞更像是一个软块。在这样的环境中制造具有足够结构和正确物质组合以形成电极的凝胶是一项耗时多年才能解决的挑战。

“我们的研究结果为思考生物学和电子学的全新方式开辟了道路。我们仍有一系列问题需要解决，但这项研究是未来研究的良好起点，“LOE博士生，主要作者之一Hanne Biesmans说。

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(责任编辑：黄俊飞)

时间：2023-05-30 21:09:30来源 : 互联网

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