碳纳米管纤维提供双向与神经元的连通

已经测试了对碳纳米管纤维的对潜在用作可植入电极，以治疗帕金森病等神经系统疾病的患者。在稻米大学发明的纤维被证明远远优于现在用于刺激大脑中神经元的金属线更好。

稻米大学的新研究揭示了碳纳米管纤维与神经元提供双向连接，并展示治疗神经系统疾病患者。

在稻米大学发明的碳纳米管纤维可以提供直接与大脑进行沟通的最佳方法。

纤维已被证明优于金属电极，用于深脑刺激并读取来自神经元网络的信号。因为它们提供双向连接，它们表明希望治疗神经系统疾病的患者，同时监测控制运动，情绪和身体功能的区域的实时响应。

据研究人员称，水稻的新实验证明了生物相容性纤维是与大脑神经元系统相互作用的小型安全电极的理想候选者。它们可以取代目前用于帕金森病患者的深脑刺激疗法的设备中使用的更大电极。

研究人员写道，他们还可以推进恢复感觉或电机功能和脑机接口以及其他神经疾病的深脑刺激疗法，包括肌肌瘤和抑郁症。

本文本周在美国化学学会杂志ACS Nano上出现在线。

由化学家和化学工程师Matteo Pasquali的稻米实验室创造的纤维由最初用于航空航天应用的长纳米管，其中强度，重量和电导率至关重要。

inpidual纳米管仅测量少数纳米，但是当数百万捆绑在称为湿旋转的过程中时，它们会变成螺纹状纤维，大约四分之一的人发的宽度。

“我们开发出这些纤维作为高强度，高导电材料，”Pasquali说。“然而，一旦我们把它们掌握在我们手中，我们就意识到他们有一个意想不到的财产：它们真的很柔软，就像一个丝绸的螺纹。它们独特的强度，电导率和柔软性结合使得它们非常适合与人体的电气功能接口。“

2012年同时抵达2012年，是帕金森病的动物模型的赖斯助理教授，以及帕萨齐的实验室的研究科学家在帕金森病的动物模型中提出了化学和生物医学工程学位的研究科学家，促进了调查。

“大脑基本上是布丁的一致性，并且不与硬质金属电极相互作用，”Kemere说。“梦想是拥有相同一致性的电极，这就是我们真正兴奋的为什么这些柔性碳纳米管纤维及其长期生物相容性。”

在帕金森症状的大鼠中对细胞进行数周长的测试证明，纤维在尺寸的一小部分中仅作为商业铂电极稳定并且与商业铂电极有效。柔软的纤维引起很少的炎症，这有助于通过防止身体的防御瘢痕和封装损伤部位来保持与神经元的强烈电连接。

Kemere表示，高导电碳纳米管纤维还显示出比最先进的金属电极的电连接的质量 - 电气连接的质量 - 长时间的较低电压。

纤维的工作结束是暴露的尖端，其围绕神经元的宽度。其余的被包围有三微米的柔性生物相容性聚合物，具有优异的绝缘性能。

挑战正在放置提示。“这只是一个大脑地图集的问题，在实验期间，在实验过程中非常清晰地调整电极并将它们放入正确的位置，”克斯梅尔说，其实验室研究了连接信号处理系统和大脑的记忆和认知中心的方法。

Kemere说，植入深脑刺激装置的医生能够以能够“听”到发射特征信号的神经元的录音探针。一旦外科医生找到正确的点，就会移除探针，并且刺激电极轻轻插入。Vitale表示，米碳纳米管纤维将简化植入植入。

纤维可能导致帕金森和其他患者的自我调节治疗装置。当前的设备包括植入物，该植入物将电信号发送到大脑，以平静令人作呕的帕金森患者的震颤。

“但我们的技术能够在刺激时记录的能力，”Vitale表示。“电流电极只能刺激组织。它们太大而无法检测到任何尖峰活动，所以基本上临床设备无论大脑的响应如何，都会发送连续脉冲。“

Kemere预计闭环系统，可以读取神经元信号并实时适应刺激治疗。他预计建立具有许多电极的设备，可以瞬间寻址，以获得对刺激和监测的精细控制和从小型植入装置的监测。

“有趣的是，电导率不是纳米管纤维的最重要的电容，”Pasquali说。“这些纤维是内在的多孔且非常稳定的，这对于用于感测电化学信号并在长时间保持性能的情况下具有很大的优点。”

共同作者是大米Alumna Samantha Summerson，加利福尼亚大学，Berkeley和J.sazhang Aazhang，伯克利大学博物馆研究员。米饭电脑工程的Abercrombie教授。Pasquali是A.J.HARTSOOK化学和生物分子工程教授，化学系主席和材料科学教授和纳米工程和化学。Kemere是一位电气电脑工程助理教授。

韦尔奇基金会，国家科学基金会和科学研究空军办公室得到了研究。

出版物：Flavia Vitale等，“具有双向，软碳纳米管光纤微电极的”神经刺激和记录“，ACS Nano，2015; DOI：10.1021 / ACSNANO.5B01060

图像：礼貌的帕萨奎亚实验室