近日,国际科研团队成功研制出一种细长柔韧的新型脑植入物——微流体轴向电极。该植入物采用柔软的聚合物光纤制成,质地与脑组织相近,能随大脑自然运动而弯曲,显著减少机械损伤和慢性排斥反应。其内部集成导光芯、8个微型流体通道及超细金属导线,可在植入路径上的多个深度同时进行光刺激、电信号记录和药物递送,突破了传统单点操作的局限。实验已在小鼠身上验证其有效性,实现了对皮层与海马体等多脑区活动的同步监测与独立调控。这一成果为癫痫等脑功能研究及神经系统疾病的精准治疗提供了新工具,相关研究发表于《先进科学》杂志。

这款名为微流体轴向电极的装置,是由丹麦理工大学、哥本哈根大学以及英国伦敦大学学院等机构的科学家们携手开发的。其名称源于其独特的设计理念:功能沿轴向分布。与传统的末端作用设备不同,微流体轴向电极能够在植入路径上的多个深度同时进行光刺激、电信号记录以及药物递送,极大地拓展了脑科学研究的应用范围。
当前,大多数脑植入物采用的是硅基硬质材料,这些材料容易引发脑组织的炎症和免疫反应,长期稳定性也较差。而新研制的电极则采用了柔软的聚合物光纤制成,其质地与脑组织相近,能够随着大脑的自然运动而弯曲,从而显著减少了机械损伤和慢性排斥反应。更为关键的是,电极的尖端经过了特殊的倾斜设计,体积更小,插入时对脑组织的破坏更轻,实现了更高精度、更低创伤的植入。

传统的脑用光纤多为平头结构,仅能在最末端释放光或进行测量,如同“探针鼻尖”般触碰目标区域。这种单点操作方式极大地限制了研究范围,因为许多重要的脑功能都涉及皮层与深部结构(如海马体)之间的跨层互动,而单一的作用点难以全面捕捉这些复杂活动。
微流体轴向电极则通过一种类似“拉糖丝”的精密工艺制造而成。粗大的聚合物棒在加热后被拉伸成直径不足半毫米的超细纤维。其内部结构高度集成,中央是导光芯,周围环绕着8个微型流体通道,还可以嵌入用于电生理记录的超细金属导线。这一设计使得科研团队能够在同一根柔性纤维上,实现多深度的光刺激、跨层的电信号采集,以及在相距近3毫米的不同脑区精准注射不同的药物或化学物质。

实验已在小鼠身上成功验证了这一新型脑植入物的有效性。植入微流体轴向电极后,小鼠能够自由活动,且未见明显不适。实验结果显示,研究者能够同时监测小鼠大脑皮层与海马体等深层区域的电活动,并在多个层次上独立施加光刺激或注入试剂。随着技术的进一步优化和完善,微流体轴向电极有望成为研究脑疾病机制、开发闭环神经调控疗法的重要工具,为人类探索大脑的奥秘和攻克神经系统疾病提供有力支持。