神经科学领域的瑞士军刀

在麻省理工学院的一个实验室里，材料科学家波琳娜·阿尼基瓦意外地发现了一种制造方法。制造的神经探针同时具有多种功能，在脑科学中可以称之为瑞士军刀。神经探针可以收集和传输电信号，并且具有非常细的通道，可用于注射药物。

与以前用于研究神经细胞的金属探针或硅电极相比，这是一大进步。阿尼基瓦的制造方法是将电极和金属整合成一个预制体，然后拉伸成柔软的超细纤维。

1.为了制作这种多功能神经探针，必须先制作电极预制模块。使用的材料可能包括金属棒和透明塑料。

2.将这些预制模块安装在这个12英尺高的纤维拉伸装置上。

3.各种预制模块拉伸后的剩余部分。在中间的预制模块中，我们可以看到几个小的铟锡合金棒。

4.高炉加热到350摄氏度后，纤维被拉出。有一个千分尺(红灯)监测纤维厚度。

5.每个预制模块都被拉伸成1千米长的纤维，现在它的厚度只有原来的1%。

6.将纤维浸泡在四氢呋喃溶液中，去除其保护层。

7.0.35毫米厚纤维的横截面。我们可以看到它包含4个电极、一个液体通道和一个环形波导管。右边的图片显示了通过波导管的光。

这只老鼠的大脑中植入了一种纤维。我们可以在它的头上看到一个电路板、一个光端口和两个药物注射通道。

9.用光刺激老鼠的大脑后，它的大脑会产生一些电波活动，这些电波活动会显示在这个监视器上。

这种多功能纤维为研究动物行为提供了新的途径，因为它们可以刺激神经元细胞并记录神经元细胞的活动。这将有助于神经科学家开发新的医疗技术。想象一下，我们可以将一个仿生电路植入脊柱损伤患者的体内。这个电路可以从大脑收集电信号，并将这些信号传输到瘫痪手的肌肉。

阿尼基娃在斯坦福大学学习时制造了第一个多功能探测器。很粗糙:她只是在玻璃上绕了一圈电线。然而，这结合了标准电极测量和光遗传学的新技术。光遗传学技术可以将光照射到神经元细胞上来激活或去激活它们。

阿尼基瓦是材料科学和工程教授。现在，她使用麻省理工学院另一名研究员约尔·芬克开发的纤维拉伸技术来制作探针。这项技术最初用于加热二氧化硅，然后将其拉伸成通信光纤。但是它也可以在低温下使用，在低温下许多有用的电极变得非常柔软和可拉伸。

聚合物纤维有两个重要的优点。一个是它们很柔软，可以模拟生物组织的物理形态。因此，它们可以比以前在神经科学研究中使用的硬金属电极持续更长时间，并且可以应用于动物的长期研究。这种纤维的第二个特点是它们可以结合多种功能。到目前为止，阿尼基瓦制造的探针已经能够集成多达36种元素，包括细线、光波导和用于注射药物的中空通道。我们没有理由不集成测量温度或压力的传感器。在体内，合适的材料和结构甚至可以使神经附着在纤维上——人类骨骼因此与植入的股骨头融合。

这种纤维拉伸过程将使大模块非常精细，而内部的精细结构将保持不变。但是在这个过程中也有一些困难。细导线和导管必须手工剥离、扩张和焊接，以连接到各种设备上，例如上面显示的鼠标头上的记录设备。安基瓦大学的研究生安德烈斯·卡纳莱斯说，这个过程就像一场噩梦，他希望能解决这个问题。

聚合物生物导线可以用来治疗瘫痪吗？-例如，它们被植入脊柱以传输神经信号。阿尼基瓦说，“我认为这是这项技术的应用方向之一，一个更复杂的应用方向。至少我们打算朝这个方向探索。”

(原文来自技术评论，由蝌蚪王编辑，转载时请注明蝌蚪职员)