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陈根:科学家研发可感知“微型脑”,有望修复受损大脑

2021-04-08 10:41:49 整理发布   转载来源:陈述根本  

  文/陈根  人脑类器官非常柔软,其杨氏模量约在1到2 kPa之间(皮肤大概是200kPa),由于相关技术的限制,目前与人脑类器官形状匹配且具备柔性力学性能的高性能电子器件非常少。  虽然之前出现过一些与3D人类神经相结合的球状体、类器官、类组装体的研究,但这些球状体的尺寸一般在 500-700 微米左右,类器官的直径一般是几个毫米,而类组装体则是若干个球状体或者类器官的集合,所以,它们并不能很好的与人脑类器官进行匹配...《陈根:科学家研发可感知“微型脑”,有望修复受损大脑

  文/陈根

  人脑类器官非常柔软,其杨氏模量约在1到2 kPa之间(皮肤大概是200kPa),由于相关技术的限制,目前与人脑类器官形状匹配且具备柔性力学性能的高性能电子器件非常少

  虽然之前出现过一些与3D人类神经相结合的球状体、类器官、类组装体的研究,但这些球状体的尺寸一般在 500-700 微米左右,类器官的直径一般是几个毫米,而类组装体则是若干个球状体或者类器官的集合,所以,它们并不能很好的与人脑类器官进行匹配。

  基于此,栾海文团队首次将3D生物电子系统与3D人类神相结合,制备出了3D多功能介观尺度构架(3D MMF)。该构架使用高性能、高分辨率、高保真的先进平面电子加工工艺,结合力学引导的微尺度3D 结构组装方法,实现了3D多功能。

  3D多功能介观尺度构架(3D MMF)可以直观地观测局部场电位、或动作电位在整个球状体表面的触发和传播,类似于给人脑测脑电图,而3D MMF能够通过给皮质球状体测电信号来观测病变或康复效果。

  

  另外,尽管每个球状体在构造和功能的复杂性上,远无法和人的大脑相比。但把几个球状体组装成类组装体,可以简单模拟大脑中不同区域间的联系。类组装体可以模拟神经元的迁移和神经突的延长,但是相关的电信号测量之前一直很难做,而3D MMF却能够实现这些,甚至能形成两三个乃至更多的球状体组合。

  值得一提的是,3D MMF可以在不直接涉及人类、或进行侵入性测试的情况下,对人体组织进行复杂研究。所以理论上,任何人都可以捐献一定数量的细胞(如血液样本、皮肤活检),然后对这些细胞重新编程,从而产生一个与人的基因相同的微型球状大脑,这就为神经退行性疾病和神经创伤所需的大脑修复提供了可行的方案。

  3D MMF保持了尖端微加工工艺的兼容性,有助于研发先进的3D生物电子系统。未来,借助这个小型柔软的3D电子设备,还有望制造出模仿人体中复杂生物形状的设备,以加深对人体的全面了解。


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