美國的生物工程科學家開發出一種柔軟、薄型且可拉伸的生物電子植入裝置，並將其整合到青蛙胚胎的神經系統中，以幫助追蹤神經活動並監測大腦形成的早期階段。
哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員將該裝置植入活青蛙的神經板中，這是一種早期的平坦結構，會摺疊成三維大腦和脊髓。
哈佛的生物工程博士後研究員Hao Sheng表示，這項技術與所謂的「半人半青蛙」青蛙的發展大腦無縫融合。
該裝置能夠以毫秒精度記錄單個神經元的電活動，同時不影響青蛙的正常發展及行為。
研究團隊指出，這一突破為未來揭示大腦深層奧秘提供了可能，並使發展性障礙的理解、治療或預防變得更加可行。
這種新型裝置是一種類似組織的生物電子網，使用氟化彈性體製成，這是一種專門設計的氟聚合物橡膠，旨在匹配生物組織的柔軟性和靈活性。
這使得植入裝置能夠隨著青蛙發展大腦的過程進行摺疊、拉伸和生長，從神經板階段開始，幫助團隊持續觀察每個發展階段的腦部活動。
SEAS的生物工程助理教授Jia Liu表示：「自閉症、躁鬱症、精神分裂症等都可能在早期發展階段發生。」他補充道，目前沒有方法能夠在早期神經發展中追蹤神經活動。「我們的技術將真正開啟一個未知領域。」
Liu強調，在脊椎動物胚胎中，神經板在毫秒內經歷快速且複雜的變化，摺疊成神經管，這是最終形成大腦和脊髓的結構。
通過將可拉伸的裝置嵌入這一早期結構，團隊能夠穩定且持續地追蹤每個發展階段的腦部活動。
Liu在新聞稿中表示：「如果我們能充分利用自然發展過程，我們將能夠非侵入性地在三維大腦中植入大量傳感器，同時監測腦部活動隨時間的逐漸演變。這是前所未有的。」
過去，研究人員使用貼片夾法或金屬電極插入成熟大腦中，以高精度捕獲單個神經元的電信號。與此同時，Liu在柔軟類組織電子產品方面的早期進展使這些記錄變得不那麼侵入性。
然而，在完全發展的大腦中，神經元以納米級的密度堆積，即使是最小、最柔軟的探頭在植入過程中也會造成一定的組織損傷。
為了解決這一問題，團隊花費多年時間開發出柔軟、靈活、非侵入性的生物電子產品，這些產品具有豆腐的質地。在早期研究中，他們將薄電極放置在含有幹細胞的培養皿中。這些電極隨著組織的生長而拉伸和摺疊，形成半人半青蛙的心臟和大腦類器官。
儘管類器官研究取得了成功，但將納米電子產品整合到兩棲動物胚胎中卻帶來了新的挑戰。最終，團隊使用了過氟聚醚二甲基丙烯酸酯，這是一種柔軟的氟化聚合物，能夠承受納米製造並容納高解析度的傳感器。
Liu總結道：「青蛙胚胎的柔軟程度遠低於人類幹細胞衍生的組織。我們最終不得不改變一切，包括開發新的電子材料。」
該研究已發表在《Nature》期刊上。
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