为加速神经受损后的修复速度，以色列理工学院联合芝加哥大学开发出一种新材料，能通过外部光源产生电流刺激受损的神经组织恢复。
该超薄材料可以缠绕在体内受损神经上，即便伤口闭合，也能进行光电转换对其进行加速修复。
据了解，这种材料将大鼠的神经修复速度提高了 33%，现在已经开始针对人类进行开发和测试。
（来源：以色列理工学院官网）
近期，相关论文以《基于孔隙的异质结可实现组织的无引线光电调制》（Porosity-based heterojunctions enable leadless optoelectronic modulation of tissues）为题发表在 Nature Materials 上[1]。
该研究由以色列理工学院生物医学工程学院的助理教授赫米·罗滕贝格（Hemi Rotenberg）和芝加哥大学物理化学系教授田博之领导。
据了解，神经组织是在身体不同部位之间传递信息的生物平台。比如周围神经系统控制身体许多活动，包括肌肉激活、感觉信息的传递等，其损伤可导致瘫痪、麻木和慢性疼痛。尽管周围神经能够进行再生，但该过程缓慢且结果有限。
“在周围神经损伤后，神经会再生，但它们生长较缓慢，这期间，人们可能会遭受重大损害。我们的目标是加快这一过程。”罗滕贝格在以色列理工学院官网上说。
据了解，目前一些医疗干预可以增强受损神经的康复。其中一个治疗解决方案是电刺激，其有效性已在许多研究中得到证实。但这种方法通常涉及侵入性手术，可能会损害身体组织。本次研究或可消除未来对电极移植的需求。
具体来说，研究人员创造了一种新的半导体器件，采用灵活的超薄膜配置，可与生物组织良好连接。近红外光被投射到皮肤上，再击中由新材料制成的膜，然后光激活受损的神经组织。
值得一提的是，该论文里还提到，使用这种由硅基材料制成的薄膜来包裹受损的神经组织，或者在心脏起搏（植入人工心脏起搏器刺激心脏）的情况下包裹心脏本身，不用再进行手术就能将其从体内移除，它可在体内被吸收，但不会产生任何毒性。
（来源：Nature Materials）
“我们开发的是一种光伏材料，即将光能转化为影响神经组织的电能的材料。在论文中，我们证明了这种新物质在两种不同背景下的功效，心脏起搏和周围神经系统的激活。”罗滕贝格在学校官网继续解释说。
据了解，研究人员所开发材料还有其独特性，它是由单一类型的硅形成的半导体二极管结。而通常二极管是通过连接两种类型的硅（P 型半导体与 N 型半导体）制成的，两者的交界面形成空 PN 结。
两种不同材料之间的联系是一个非常复杂的技术挑战，此新型材料仅由 P 型硅制成，并且结由普通硅和多孔硅构成，因此本次研究提出的发现具有一定重要性。
罗滕贝格在官网还介绍到，新材料的产生来自一次意外。当时，他不小心在实验室里使用了一把金属镊子，无意间为溶液提供了铁离子。结果铁离子催化了硅表面纳米孔的产生。
值得一提的是，据了解，经过进一步研发，这种超薄材料不仅可用于修复受损神经，也可在临时心脏起搏中发挥作用，通过刺激心脏及激活周围神经系统，帮助患者术后康复，避免电极插入和取出时对人造成的不适。
此外，这种新材料还是一个窗口，除了可以在医疗领域对患者身体的组织产生外部影响，新的发展预计将为各种应用做出巨大贡献，例如在可再生能源领域。
由于太阳能等可再生能源不能全天以恒定的强度运行，因此储能成为促进这些能源使用的主要挑战。该方面的趋势之一是通过太阳辐射的功率分解水来生产氢气，而氢气是一种可储存的能源。新材料或将加速更先进、更高效的太阳能设备的开发。
在以色列理工学院官网，罗滕贝格表示：“该材料 3~5 年将在人类身上得到广泛应用。”
参考资料：
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/
