新型半导体纤维或可修复神经损伤

神经损伤后，利用仿生原理，制造一种新型半导体纤维器件并植入人体，模拟天然神经功能，恢复“阻断”的神经通路，实现信号传导。目前，“人造神经”正走向现实，并有望用于临床。

5月8日，科技日报记者从东华大学获悉，该校纤维材料改性国家重点实验室王刚研究员、朱美芳院士等联合复旦大学附属华山医院手外科蒋苏副教授等，首次在一维曲面结构表面实现了纳米尺度离子异质结的可控构筑，获得了具有千米级制造潜力的电子―离子杂化半导体纤维器件，可用于周围神经损伤后远端神经的持续电刺激，从而延缓远端肌肉萎缩，为神经损伤后错过早期治疗的患者实现更好的运动功能恢复提供了可能性。相关研究论文日前在线发表于《自然・通讯》。

周围神经损伤（PNI）是指周围神经的结构和功能障碍，患者常常表现为损伤神经支配肌肉的肌力下降，以及多种感觉的下降或麻木，更有甚者还会导致多种几乎不可逆的后遗症，甚至终身残疾，给社会和家庭带来巨大的经济损失和沉重的生活负担。

严重的周围神经损伤往往需要精密细致的神经手术治疗。但受限于人类的神经再生速度非常缓慢，手术后的神经康复期往往需要1年甚至数年时间。为延缓肌肉的萎缩，同时缓解神经痛，目前临床上常采用经皮神经电刺激疗法。然而这种辅助治疗方案往往作用范围弥散，精确度不高，且强度不能过高，需要在医生的密切观测下进行，长时间的使用又会导致神经肌肉的适应，降低康复效果。

“本次研发的电子―离子杂化半导体纤维器件在形态和传导功能上，都与人类的天然神经更为相近。”论文第一作者、东华大学19级博士研究生邢毅介绍，该器件可以通过离子的单向运输模拟天然神经的去极化，实现神经冲动的传导。“其结构特点还允许我们在对其进行各项改进后，通过单纤维器件分别对多个具体的神经分支进行植入式的神经电刺激。由于可以与目标神经直接接触，因此这种刺激方式会更加有效和精准。”邢毅介绍。

论文通讯作者王刚表示，此次联合团队在半导体纤维器件的设计和制备方面均取得了创新性突破。联合团队采用“一体化反向电荷接枝（IOCG）”的设计思路，以商业聚合物氢化苯乙烯―丁二烯―苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）作为主链，在其表面分别化学接枝相反电荷的离子基团，并采用连续多层涂覆的方法，在碳纳米管纤维上负载两种带相反电荷的聚电解质，实现该器件从纳米级到千米级的跨尺度连续化制备。“我们的设计思路使得材料的制备更加简便。同时商业聚合物SEBS的低成本和材料易得性，也让该器件未来的产业化、规模化更具潜力和前景。”王刚说。

为进一步探究该器件在周围神经修复方面的应用潜力，联合团队将其与小鼠的坐骨神经进行端侧吻合，探究其传导神经信号的能力。实验结果表明，其在植入小鼠体内之后，可以有效传输神经信号，成功诱导小鼠后肢关节的精细运动，从而延缓其远端肌肉的萎缩。此外，通过对单纤维器件集成构筑，能够在毫秒级时间内实现神经信号的单向传输。

在动物和细胞层面的实验仅仅是第一步。邢毅表示，目前电子―离子杂化半导体纤维器件虽然在开发诊断和治疗、仿生神经元计算机接口和类脑智能等生物医学设备方面有很大的应用空间，但距离大规模的临床应用还有一定距离，植入人体的设备需要严格把关，后期还要进行大量的试验来保障其安全性、可靠性和有效性。“基于该器件的研发理论和实验基础，我们相信在对其进行各项优化后能够实现器件的量产化、规范化，最终将其广泛应用于各种周围神经损伤后的神经电刺激治疗中，为解决周围神经损伤后的肌肉萎缩及神经痛问题提供一个可尝试的新方案。”邢毅说。（实习记者 沈 唯）

推荐阅读