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  人類首次利用直徑類似于頭發的彈性單纖維成功地將光學、電氣和化學信號組合傳輸到大腦中，將兩年前首次提出的想法付諸實踐。通過些許調整，進一步改善該彈性纖維的生物兼容性，這種新方法為了解大腦不同區域功能和互相關聯信息提供了一種快速改進方法。這種新纖維由材料科學家、化學家、生物學家和其他專家聯合研發。 

  該纖維旨在模仿大腦組織的柔軟性和靈活性，這樣能夠讓植入物留在適當位置。與使用堅固金屬纖維相比，植入物功能的保持時間更長，從而允許研究人員收集更多數據。例如，在用實驗室老鼠進行試驗時，研究人員能通過纖維中的兩條流道向老鼠注射攜帶基因（名為視蛋白）的病毒載體，使神經元具有感光性。注射后，專家們等待視蛋白見效，然后通過中央的光波導發送光脈沖，利用六個電極精確查找到具體的反應，記錄最終的神經活性。所有這一系列活動僅僅通過200微米（相當于人類頭發的直徑）的靈活單纖維完成。 

  以往的神經系統科學研究工作通常分別利用針頭設備注射光遺傳學用的病毒載體，利用光纖進行光傳輸，再利用電極陣列進行記錄，這一做法復雜度非常高，必須及對不同設備進行精確調整的需求。研究人員認為在實踐中精確校準多少有點概率的問題，如果能有一個可以承攬所有工作的設備則效果會好很多。 

  研究團隊經過多年的努力研制出這種新纖維，它能夠直接將病毒（含視蛋白）傳送到細胞中，然后刺激該病毒反應并記錄其活動 ，該纖維很細小且具有生物兼容性，因此使用壽命很長。 

  由于每個纖維都很細小，因此研究人員我們能夠使用多個纖維觀察不同的活動區域。在最初的實驗過程中，研究人員同時將探針放入兩個不同的大腦區域中，將所用的兩個大腦區域從一個實驗轉換到另一個實驗中，并測量病毒在其中的反應時間。 

  這種多功能纖維成功的關鍵在于導線的開發，它必須能夠在維持所需靈活性的同時傳輸完整的電氣信號。在進行大量工作后，該研究團隊設計出一種摻雜有石墨薄片的導電聚乙烯復合材料。這種聚乙烯最初會形成多層，噴灑石墨薄片后便進行了壓縮，之后再添加一層另一對聚乙烯層，進行再次壓縮，不斷重復。這種方法將聚合物的導電性增加了四倍或五倍，從而使電極尺寸能夠縮小同等倍數。 

  該纖維迫切需要解決的問題是在注射遺傳物質后，神經元需要多久才會變得感光。研究團隊稱，之間的時間結果僅僅是近似值，而現在能夠更加精確地算出時間。最終證明，最初實驗中所用的特異性敏化劑起作用的時間約為11天。 

  該團隊正在研究進一步縮小纖維直徑，使其特性更接近于神經組織的特性。雖然世界各地很多的研究團隊已經要求在其自身的研究中使用新纖維樣品進行實驗，但是接下來的設計挑戰是使用更為柔軟的材料與臨近的組織真正地匹配。

  原文鏈接：http://news.mit.edu/2017/multifunctional-tiny-fibers-brain-0221

  來源：（中國船舶工業綜合技術經濟研究院 程大樹）