软机器人神经袖带可能彻底改变神经系统疾病的治疗

研究人员开发出了微型、灵活的装置，可以包裹单个神经纤维而不损坏它们。

剑桥大学的研究人员将柔性电子技术和软机器人技术结合起来开发了这些设备，可用于诊断和治疗一系列疾病，包括癫痫和慢性疼痛，或控制假肢。

目前用于连接周围神经（连接大脑和脊髓的 43 对运动和感觉神经）的工具已经过时、笨重，并且神经损伤的风险很高。 然而，剑桥团队开发的机器人神经“袖口”足够敏感，可以抓住或缠绕脆弱的神经纤维，而不会造成任何损伤。

对老鼠神经袖带的测试表明，这些装置只需要微小的电压就能以受控的方式改变形状，在神经周围形成一个自闭合环，而不需要手术缝合或胶水。

研究人员表示，软电动执行器与神经技术的结合可能是对一系列神经系统疾病进行微创监测和治疗的答案。 结果发表在期刊上 自然材料。

电神经植入物可用于刺激或阻断目标神经中的信号。 例如，它们可以通过阻断疼痛信号来帮助缓解疼痛，或者可以通过向神经发送电信号来恢复瘫痪肢体的运动。 在含有高浓度神经纤维的身体区域（例如脊髓附近的任何地方）进行手术时，神经监测也是标准的外科手术。

这些植入物可以直接接触神经纤维，但它们也存在一定的风险。 领导这项研究的剑桥大学工程系教授乔治·马利亚拉斯 (George Malliaras) 表示：“神经植入物存在很高的神经损伤风险。” “神经很小而且非常脆弱，所以任何时候你把大的东西，比如电极，与它们接触，都会对神经造成危险。”

包裹神经的神经套囊是目前可用的侵入性最小的植入物，但尽管如此，它们仍然体积太大、僵硬且难以植入，需要大量操作，并且可能对神经造成创伤。”

Damiano Barone 博士，剑桥大学临床神经科学系合著者

研究人员设计了一种由导电聚合物制成的新型神经袖带，通常用于软机器人。 超薄袖口采用两层独立设计。 施加少量的电力（仅几百毫伏）就会导致设备膨胀或收缩。

袖带足够小，可以卷成针并注射到目标神经附近。 当被电激活时，袖带将改变其形状以包裹神经，从而可以监测或改变神经活动。

“为了确保这些设备在体内的安全使用，我们设法将驱动所需的电压降低到非常低的值，”该论文的第一作者 Chaoqun Dong 博士说。 “更重要的是，这些袖带可以在两个方向上改变形状并重新编程。这意味着外科医生可以调整设备在神经周围的贴合程度，直到获得记录和刺激神经的最佳结果。”

在大鼠身上进行的测试表明，无需手术即可成功放置袖带，并且它们在目标神经周围形成了一个自闭合环。 研究人员计划在动物模型中进一步测试这些设备，并希望在未来几年内开始在人体中进行测试。

“利用这种方法，我们可以到达通过开放手术难以到达的神经，例如控制疼痛、视力或听力的神经，但不需要在大脑内植入任何东西，”巴罗恩说。 “能够将这些袖带包裹在神经上，这使得外科医生的手术变得更加容易，而且对患者来说风险也更小。”

马利亚拉斯说：“制造可以通过电激活改变形状的植入物的能力为未来高度针对性的治疗开辟了一系列可能性。” “未来，我们也许能够植入可以穿过身体，甚至进入大脑的植入物——这让你梦想着我们未来如何利用技术造福患者。”

该研究得到了瑞士国家科学基金会、剑桥信托基金以及英国研究与创新 (UKRI) 旗下工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 的部分支持。