科学家研发新型可被人体吸收材料,3~5年或在人体广泛应用

2022年07月14日21:01:27 科学 1656

科学家研发新型可被人体吸收材料,3~5年或在人体广泛应用 - 天天要闻



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。



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(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。



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(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。”

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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/


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