蚊子成灵感缪斯!科学家找到神经植入的解决方案 | Nature子刊
2018/04/10
植入大脑皮层的微电极已经被应用于一系列令人兴奋的新型神经修复尝试中,但是由于在植入过程中脑内部组织及探针的影响,目前临床上的靶点定位精度不高,会造成不可预测的手术并发症。近日,凯斯西储大学受蚊子叮咬的启示,开发出一种新颖的植入微探针的技术。


doi:10.1038/s41598-017-18522-4

研究结果以题为“A Mosquito Inspired Strategy to Implant Microprobes into the Brain”发表在《Scientific Reports》杂志上。


来源:Cleveland FES Center

大脑微电极在治疗神经功能障碍有巨大的潜力,能够提高我们对于神经回路的认识。目前,下一代微电极探针设计利用超小尺寸的柔性材料,从而提高性能,但在植入方面仍存在问题。

凯斯西储大学(Case Western Reserve University)工程学院生物医学工程副教授Jeffrey Capadona表示,“我们得感谢蚊子,它让我们找到了解决方案。”

来源于蚊子的灵感

“这一发现的背后故事很有意思,”文章第一作者、博士后研究员Andrew Shoffstall说道,“因为一些怀孕的同事担心蚊子传播寨卡病毒,促使我做了一份关于蚊子是如何叮咬人类等宿主的详细报告。”


来源:Case Western Reserve University

众所周知,蚊子无法张口,所以不会在皮肤上咬一口,它其实是使用6只针状的构造刺进入皮肤,这些短针就是蚊子吸取血液的关键,类似于打针。此外,蚊子还会释放含有抗凝血剂的唾液,用于防止血液凝结,确保它就能够安稳地饱餐—顿。

有趣的是,蚊子在叮咬的时候,既增加了其短针的临界屈曲力,同时也减少了穿透皮肤所受的阻力。这一过程让Shoffstall有了灵感,“为什么我们神经移植不能使用这样的方法?我们特别感兴趣的是蚊子增加临界屈曲力的能力,以适应我们的应用——将微电极植入大脑。”

于是,Shoffstall团队进行了尝试,将微探针的临界屈曲力增加了3.8倍,从而成功将微探针的插入率从37.5%提高到100%。


来源:Case Western Reserve University

创新的意义

Capadona说,从技术上讲,他们的产品是受生物启发(bio-inspired),而不仅仅是模仿生物(biomimetic)的特性。

Shoffstall表示,即便这项策略让人乏味且印象不深刻,甚至于技术含量低,但它已经成功实现了将微探针安全、灵活插入大脑的目的。

Capadona和Schoffstall还说道,“我们在这篇论文中所做的是一个概念的证明,我们将继续使用这一灵感,将类似的方法应用于其他难以植入的医疗设备中。”

责编:浮苏

参考资料

Pesky mosquitoes provide neural implant solution

所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。如若转载请联系原作者。
查看更多
  • A Mosquito Inspired Strategy to Implant Microprobes into the Brain

    Mosquitos are among the deadliest insects on the planet due to their ability to transmit diseases like malaria through their bite. In order to bite, a mosquito must insert a set of micro-sized needles through the skin to reach vascular structures. The mosquito uses a combination of mechanisms including an insertion guide to enable it to bite and feed off of larger animals. Here, we report on a biomimetic strategy inspired by the mosquito insertion guide to enable the implantation of intracortical microelectrodes into the brain. Next generation microelectrode designs leveraging ultra-small dimensions and/or flexible materials offer the promise of increased performance, but present difficulties in reliable implantation. With the biomimetic guide in place, the rate of successful microprobe insertion increased from 37.5% to 100% due to the rise in the critical buckling force of the microprobes by 3.8-fold. The prototype guides presented here provide a reproducible method to augment the insertion of small, flexible devices into the brain. In the future, similar approaches may be considered and applied to the insertion of other difficult to implant medical devices.

    展开 收起
发表评论 我在frontend\modules\comment\widgets\views\文件夹下面 test