一个国际科研团队研发出一种细长柔韧、内置微通道的新型脑植入物,可定向输送药物至大脑不同区域。这项突破有望推动对癫痫、记忆与决策等复杂脑功能的研究,并为神经系统疾病的精准治疗开辟新路径。相关论文发表于新一期《先进科学》杂志。
该装置名为微流体轴向电极,由丹麦理工大学、哥本哈根大学与英国伦敦大学学院等机构科学家联合开发。微流体轴向电极之名源于其核心设计理念:功能沿轴向分布,不同于传统末端作用的设备,它能在植入路径上的多个深度同步进行光刺激、电信号记录与药物递送。
目前大多数脑植入物采用硅基硬质材料,容易引发脑组织炎症和免疫反应,长期稳定性差。而新电极由柔软的聚合物光纤制成,质地接近脑组织,能随大脑自然运动而弯曲,显著减少机械损伤与慢性排斥。更关键的是,它的尖端经过特殊倾斜设计,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。
传统脑用光纤多为平头结构,仅在最末端释放光或进行测量,如同一根“探针鼻尖”触碰目标区域。这种单点操作极大限制了研究范围,许多重要脑功能涉及皮层与深部结构(如海马体)之间的跨层互动,单一作用点难以捕捉全貌。
微流体轴向电极通过一种类似“拉糖丝”的精密工艺制造:粗大的聚合物棒被加热后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8个微型流体通道,还可嵌入用于电生理记录的超细金属导线。
这一设计使团队能在同一根柔性纤维上,实现多深度光刺激、跨层电信号采集,以及在相距近3毫米的不同脑区精准注射不同药物或化学物质。
实验已在小鼠身上成功验证。植入微流体轴向电极后,小鼠可自由活动,未见明显不适。结果显示,研究者能同时监测小鼠大脑皮层与海马体等深层区域的电活动,并在多个层次独立施加光刺激或注入试剂。
随着进一步优化,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。