常常在科幻片中，看到科學(xué)家在人腦插入各式各樣的電子設(shè)備，如今已經(jīng)可能存在這世上。萊斯大學(xué)（Rice University）的研究人員發(fā)明了一種設(shè)備，此設(shè)備能借由快速流動(dòng)的液體，將柔軟且具導(dǎo)電性的納米纖維碳管插入大腦，并記錄神經(jīng)元的活動(dòng)。他們的研究基礎(chǔ)是建立在微流體技術(shù)，借由偵測(cè)神經(jīng)元訊號(hào)，來引發(fā)癲癇患者或其他疾病患者的動(dòng)作，并期望能改善電極治療法。研究人員表示，利用碳納米管和微電擊可以幫助他們更了解認(rèn)知過程的機(jī)制，并建立一個(gè)直接能與大腦接觸的界面，使患者能夠看到、聽到或控制義肢。這項(xiàng)微流體技術(shù)已發(fā)布在美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志《納米快報(bào)》（American Chemical Society journal Nano Letters）。

此設(shè)備的動(dòng)力來源是快速移動(dòng)的流體，能輕輕將絕緣纖維推進(jìn)腦組織里而不變形。這種運(yùn)送方法可取代原本堅(jiān)硬或尖銳的物體，即便它們有生物可分解的外膜包覆導(dǎo)線再送入大腦，但仍會(huì)在過程中損害敏感的腦組織。

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示微流體設(shè)備如何推動(dòng)具黏滯性的流體流經(jīng)細(xì)長的纖維電極。流體緩慢地將纖維向前拉過一個(gè)通向組織的小孔，一旦它進(jìn)入組織，盡管導(dǎo)線具高彈性，仍能保持直線。

本研究的領(lǐng)導(dǎo)者、萊斯大學(xué)的工程師Jacob Robinson 教授表示：“電極就像煮熟的面條，而你要試著把它放入一碗果凍。如果只靠面條本身，這是無法達(dá)成的。但如果你把它拿到自來水下沖，那么水就會(huì)把面條拉直，因?yàn)閷?duì)彈性體而言，拉動(dòng)它要比推動(dòng)它更容易。”本研究共同作者、化學(xué)家Matteo Pasquali 教授補(bǔ)充：“這就是為什么列車是被拉而不是被推，也是為什么會(huì)把馬車放在馬后面的原因。”

從事神經(jīng)科學(xué)的萊斯大學(xué)電子工程師、共同作者之一的Caleb Kemere 助理教授說：“線性物質(zhì)相較于流體，流動(dòng)速度緩慢。關(guān)鍵是我們并非推動(dòng)整條線的末端或是特定位置，而是整個(gè)電極的橫切面，且推動(dòng)的力量完全均勻分布。”

納米纖維通過直徑 3 倍大的孔徑，這仍足以讓極少量的流體通過，但不會(huì)有任何流體會(huì)跟著進(jìn)入腦組織。體外實(shí)驗(yàn)中，瓊脂糖凝膠（agarose）扮演大腦的角色。這個(gè)設(shè)備和真實(shí)組織仍有差距，因?yàn)槔w維的硬度在遇到組織后必須保持不變。 Robinson 教授說：“我們使用非常短的無支撐長度（unsupported length）來協(xié)助我們穿過腦組織，并利用后端流體不斷流動(dòng)來保持導(dǎo)線和電極的硬度，直至其進(jìn)入組織。”

Pasquali 教授的實(shí)驗(yàn)室為納米碳纖維的先驅(qū)，他們?yōu)榱藢?shí)驗(yàn)訂制特殊的纖維。他表示：“一旦導(dǎo)線進(jìn)入組織，便是處在彈性基質(zhì)里，由周圍的凝膠支持。因?yàn)槭菣M向支撐，所以導(dǎo)線不容易被纏住。”

Kemere 助理教授說：“納米碳纖維管可在各個(gè)方向傳遞電子，但與神經(jīng)元聯(lián)絡(luò)時(shí)，卻僅限于導(dǎo)線尖端。然而我們可以把這樣的結(jié)果視為理所當(dāng)然，因?yàn)槭褂靡环N能保持導(dǎo)線完整性并能阻止離子進(jìn)入的涂料覆蓋在導(dǎo)線表面。”Pasquali 實(shí)驗(yàn)室的研究生Sushma Sri Pamulapati 開發(fā)了一種特殊涂料，能完整覆蓋導(dǎo)線，同時(shí)將其寬度保持在15~30 微米寬，遠(yuǎn)低于人類頭發(fā)的寬度。

Robinson 教授說：“一旦我們知道纖維的確切尺寸，便能找相應(yīng)的設(shè)備和它匹配。目前，我們使出口通道的直徑為電極直徑的 2 至 3 倍，并避免有過多流體通過。”

研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)的最終結(jié)果應(yīng)該會(huì)不斷縮小，以便同時(shí)將多個(gè)微電極送入大腦，并使嵌入物更細(xì)小、更安全。一旦電極變小，植入過程造成的傷害便相對(duì)減小，因此能同時(shí)將更多電極放入特定區(qū)域，也能避免從其他位置植入電極。