為加速神經受損後的修復速度，以色列理工學院聯合芝加哥大學開發出一種新材料，能通過外部光源產生電流刺激受損的神經組織恢復。
該超薄材料可以纏繞在體內受損神經上，即便傷口閉合，也能進行光電轉換對其進行加速修復。
據了解，這種材料將大鼠的神經修復速度提高了 33%，現在已經開始針對人類進行開發和測試。
（來源：以色列理工學院官網）
近期，相關論文以《基於孔隙的異質結可實現組織的無引線光電調製》（Porosity-based heterojunctions enable leadless optoelectronic modulation of tissues）為題發表在 Nature Materials 上[1]。
該研究由以色列理工學院生物醫學工程學院的助理教授赫米·羅滕貝格（Hemi Rotenberg）和芝加哥大學物理化學系教授田博之領導。
據了解，神經組織是在身體不同部位之間傳遞信息的生物平台。比如周圍神經系統控制身體許多活動，包括肌肉激活、感覺信息的傳遞等，其損傷可導致癱瘓、麻木和慢性疼痛。儘管周圍神經能夠進行再生，但該過程緩慢且結果有限。
“在周圍神經損傷後，神經會再生，但它們生長較緩慢，這期間，人們可能會遭受重大損害。我們的目標是加快這一過程。”羅滕貝格在以色列理工學院官網上說。
據了解，目前一些醫療干預可以增強受損神經的康復。其中一個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。但這種方法通常涉及侵入性手術，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，研究人員創造了一種新的半導體器件，採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，再擊中由新材料製成的膜，然後光激活受損的神經組織。
值得一提的是，該論文里還提到，使用這種由硅基材料製成的薄膜來包裹受損的神經組織，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，不用再進行手術就能將其從體內移除，它可在體內被吸收，但不會產生任何毒性。
（來源：Nature Materials）
“我們開發的是一種光伏材料，即將光能轉化為影響神經組織的電能的材料。在論文中，我們證明了這種新物質在兩種不同背景下的功效，心臟起搏和周圍神經系統的激活。”羅滕貝格在學校官網繼續解釋說。
據了解，研究人員所開發材料還有其獨特性，它是由單一類型的硅形成的半導體二極管結。而通常二極管是通過連接兩種類型的硅（P 型半導體與 N 型半導體）製成的，兩者的交界面形成空 PN 結。
兩種不同材料之間的聯繫是一個非常複雜的技術挑戰，此新型材料僅由 P 型硅製成，並且結由普通硅和多孔硅構成，因此本次研究提出的發現具有一定重要性。
羅滕貝格在官網還介紹到，新材料的產生來自一次意外。當時，他不小心在實驗室里使用了一把金屬鑷子，無意間為溶液提供了鐵離子。結果鐵離子催化了硅表面納米孔的產生。
值得一提的是，據了解，經過進一步研發，這種超薄材料不僅可用於修復受損神經，也可在臨時心臟起搏中發揮作用，通過刺激心臟及激活周圍神經系統，幫助患者術後康復，避免電極插入和取出時對人造成的不適。
此外，這種新材料還是一個窗口，除了可以在醫療領域對患者身體的組織產生外部影響，新的發展預計將為各種應用做出巨大貢獻，例如在可再生能源領域。
由於太陽能等可再生能源不能全天以恆定的強度運行，因此儲能成為促進這些能源使用的主要挑戰。該方面的趨勢之一是通過太陽輻射的功率分解水來生產氫氣，而氫氣是一種可儲存的能源。新材料或將加速更先進、更高效的太陽能設備的開發。
在以色列理工學院官網，羅滕貝格表示：“該材料 3~5 年將在人類身上得到廣泛應用。”
參考資料：
1.Prominski, A., Shi, J., Li, P. et al. Porosity-based heterojunctions enable leadless optoelectronic modulation of tissues. Nat. Mater. 21, 647–655 (2022).https://doi.org/10.1038/s41563-022-01249-7
https://www.technion.ac.il/en/2022/06/window-nervous-system-new-material/
