科学家研发出一种用于生物电子假体的稳定且柔韧的复合材料

今天，神经假体在临床实践中变得越来越普遍。例如，它们被用于修复视网膜、听觉功能、感应运动活动以及自主运动控制。

研究细节发表在Composite Part B：Engineering期刊上

神经修复学领域的科学家们从事的一个重要方面，是研发具有绝佳机械性能、电子性能和生物学性能的假体电极。而具有必要关键特性的碳纳米材料（包括碳纳米管、纳米纤维和石墨烯）被认为有希望解决这一问题。

据项目主持人，医学博士，圣彼得堡国立大学转化生物医学研究所神经假体实验室负责人帕维尔·叶甫盖尼耶维奇·穆西延科（Павел Евгеньевич Мусиенко）教授介绍，由于将碳纳米管和纳米纤维集成到微电路中十分复杂，基于碳纳米材料的柔性电极尚未得到广泛应用。但最近，圣大科学家与“天狼星大学”、俄罗斯科学院巴甫洛夫生理学研究所和其他俄罗斯高校的研究人员共同成功研发出一种特殊方式，来生产基于碳纳米管的带电极的柔性软神经植入物。新技术相对廉价且简单，可以生产具有高度柔韧性、生物相容性的功能性材料。

此前，由的帕维尔·穆西延科教授和谢菲尔德大学教授伊万·米涅夫（Иван Минев）领导的科学家团队开发出一种个性化神经假体的3D打印方法。预计使用该技术可为每位患者单独制作植入物。该研究的细节发表在Nature Biomedical Engineering杂志上。

科学家们制造出一种独特的基于硅树脂和碳纳米管的弹性导电复合材料，不使用金属。 他们详细描述了柔性脊髓阴模基质的制备和成型技术，并且已经成功验证其神经刺激和监测神经元活动的性能。

据帕维尔·穆西延科介绍，在新研发的复合材料中，纳米管处于“结合”状态，因此不会出现组织损伤或机体自身免疫反应形式的不良副作用。

科学家们在工作中使用了圣大科学园“复合纳米材料创新技术”资源中心的设备。

科学家们已经成功测试了神经假体的有效性和安全性。例如，作为一系列实验的结果，科学家们发现，使用脊髓电刺激让有效地激活瘫痪实验动物的运动能力。此外，神经假体已经成功地证明了其在监测脊髓神经元通路活动，以及控制脊髓神经元工作方面的能力。

“我们还在极为复杂的生物环境中测试了基于碳纳米管技术的神经假体，材料的机械性能应尽可能接近神经组织的机械性能。常规的金属电极不可能在这样的条件下使用。它可能导致神经组织的机械损伤、出血和生理功能破坏，”帕维尔·穆西延科强调道。“由于我们的植入物具有柔韧性和较高弹性，可以将其放置在硬脑膜下的脊髓神经元附近。这为神经调节和脊柱电位测绘开辟了新的道路”。然而，尽管生物相容性测试显示出良好结果，长期使用神经植入物仍需要进一步开展研究。

来自神经学科学中心（莫斯科）、坦波夫国立技术大学、联邦神经外科学中心（秋明）、莫斯科国立谢切诺夫第一医科大学、俄罗斯人民友谊大学（莫斯科）、灵长类医学研究所（索契）、 “莫斯科国立钢铁和合金学院” 国家研究技术大学（莫斯科）、莫斯科物理技术学院的研究人员也参加了这项工作。

据帕维尔·穆西延科介绍，基于碳纳米管的带有电极的神经假体制造方法很简单、经济，且基于传统制造的技术。这使得植入式电子产品有望投入大规模生产。