找出一種方法讓電極直接與神經(jīng)元相連接并且不傷害它們是神經(jīng)學(xué)家們面臨的最緊迫的任務(wù)之一。解決這個(gè)問(wèn)題可能會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病如帕金森以及恢復(fù)截肢患者或癱瘓患者的知覺(jué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。但目前為止由于人類大腦的復(fù)雜性和敏感性一直進(jìn)展緩慢。

然而一支來(lái)自意大利里雅斯特大學(xué)和劍橋石墨烯中心的研究小組最近在這個(gè)問(wèn)題上取得了重大進(jìn)展，他們成功的證明了未經(jīng)處理的石墨烯可以與神經(jīng)元相連并且不損害其完整性。

來(lái)自意大利里雅斯特大學(xué)的Laura Ballerini教授在一份聲明中說(shuō)道：“這是我們第一次將神經(jīng)元與石墨烯接觸。之后我們對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生電信號(hào)的能力進(jìn)行測(cè)試，這代表了大腦的活躍程度，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元保留電信號(hào)的能力沒(méi)有發(fā)生改變。這也是基于未加處理的石墨烯材料的神經(jīng)元突觸活性的研究。”

團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果發(fā)表在ACS Nano上，里面詳細(xì)的描述了如何使用老鼠大腦細(xì)胞培養(yǎng)物發(fā)現(xiàn)未處理的石墨烯材料能與神經(jīng)元完美的接觸。之前曾有研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)處理過(guò)的石墨烯(石墨烯通常涂抹在肽、氨基酸鏈上能夠幫助神經(jīng)元凝聚)可以與神經(jīng)元相互作用，這與未處理過(guò)的石墨烯相比能產(chǎn)生相對(duì)較低的信噪比。

石墨烯是一種由碳原子組成的蜂窩狀晶格，強(qiáng)度比鋼強(qiáng)100倍，相比于其他常用于植入大腦電極的材料如硅和鎢石墨烯有許多優(yōu)點(diǎn)。隨著時(shí)間的推移因?yàn)橹踩腚姌O疤痕的形成，硅和鎢制成的電極通常會(huì)損失部分或全部信號(hào)。疤痕組織會(huì)阻礙部分或全部電信號(hào)的傳輸，所以關(guān)鍵的問(wèn)題的是如何在植入電極的同時(shí)不對(duì)神經(jīng)元造成損傷，電極周圍不會(huì)形成疤痕。

石墨烯具有良好的導(dǎo)電性、可塑性和生物導(dǎo)電性，并且不會(huì)產(chǎn)生疤痕組織，這使它成為制造可植入電極的理想材料。

研究團(tuán)隊(duì)在其報(bào)告中透露，利用電子顯微鏡和免疫熒光技術(shù)研究石墨烯與神經(jīng)元相互作用后發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元仍然保持健康，沒(méi)有出現(xiàn)任何會(huì)導(dǎo)致疤痕組織形成的不良反應(yīng)。

里雅斯特大學(xué)的教授Maurizio Prato說(shuō)：“我們正在進(jìn)行石墨烯材料在生物醫(yī)學(xué)上的研究。在這種情況下，在神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展以石墨烯為基礎(chǔ)的高性能生物材料需要探索石墨烯材料與神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)之間作用機(jī)制。我們的工作只是朝這個(gè)方向邁出了一小步。”

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想石墨烯材料可能對(duì)治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病如帕金森癥、截肢或癱瘓病人恢復(fù)知覺(jué)等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。我們現(xiàn)在知道如何操控電脈沖來(lái)控制機(jī)械手臂，或者通過(guò)感染電信號(hào)還治療運(yùn)動(dòng)障礙(如帕金森、癲癇)。現(xiàn)在的困難是要找出一種方法讓電極能夠操縱這些電脈沖并且在這一過(guò)程中不傷害大腦組織。

雖然Prato說(shuō)這是朝這一方向邁出的一小步，但卻是十分重要的第一步。現(xiàn)在這支團(tuán)隊(duì)在未處理的石墨烯和神經(jīng)的相互作用方面取得了成功，希望能夠?qū)Σ煌�形式的石墨烯進(jìn)行更多的研究。

來(lái)自劍橋石墨中心的主任Andrea Ferrari教授說(shuō)：“這些結(jié)果初步顯示了石墨烯材料在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用潛力。”Ballerini同意這種說(shuō)法，他補(bǔ)充到：“希望這種具有高靈敏度和較少副作用材料能夠成為更好的大腦植入物，能夠更好的駕馭和控制大腦。”

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