纳米级3D打印使生物电子医学澳门威尼斯人注册网站研究成为可能

当Alice White教授(ME, MSE, Physics, BME)于2013年来到波士顿大学担任机械工程系主任时,她热衷于鼓励她在传奇的贝尔实验室担任首席科学家时所经历的那种跨学科澳门威尼斯人注册网站研究。为了她自己的澳门威尼斯人注册网站研究,她建立了一个强大的纳米级分辨率的3d打印工具——当时,全国只有三个实验室拥有这个工具之一。除了她的个人项目,她希望吸引合作者,他们的澳门威尼斯人注册网站研究可以利用这种能力推进。
在波士顿大学校长罗伯特·a·布朗(Robert a . Brown)的邀请下,她向来自新加坡的参观者介绍了她的实验室在如此小的规模上设计和打印的能力,这使她的希望早日实现。之后,Timothy Gardner教授(生物学,BME)找到了她,他也做了报告,介绍了他在测量鸣禽神经活动方面的澳门威尼斯人注册网站研究挑战。他们的合作迅速开花结果。他们合作的成果是一个只有人类头发两倍宽的纳米夹子,这是《神经工程杂志》6月刊封面文章的焦点。
加德纳的澳门威尼斯人注册网站研究小组正在进行实验,以刺激和测量斑胸草雀微小神经的电活动。但他们发现,对于脆弱的神经来说,他们使用的附件太大太硬,造成了损伤,导致测量不准确。
怀特说:“加德纳教授提到,目前连接斑胸草雀周围神经的技术很麻烦,而且会造成损伤和疤痕。”“我们早上就这个挑战进行了讨论,想出了一个解决方案,下午就设计好了,连夜打印出来,第二天早上,第一版就交到加德纳教授手里了。”
澳门威尼斯人注册网站研究助理教授Timothy Otchy说:“推进这一新兴领域所需的神经接口设备必须非常小,但也必须非常安全地长时间附着在神经上。尽管我们的实验室在开发微电极方面有相当多的经验,但我们发现,在如此小的规模上可靠地制造设备是极具挑战性的。”奥特奇管理着加德纳的实验室,而加德纳则在埃隆·马斯克在该领域引人注目的新成立的Neuralink公司担任了一年的首批员工。
鸟鸣不仅是一种重要的鸟类交流工具,而且由于其对变化的高度敏感性和易于量化的输出,也为澳门威尼斯人注册网站研究神经损伤提供了可靠的平台。加德纳澳门威尼斯人注册网站研究的重点领域之一是新兴的生物电子医学领域,即通过阻断或刺激信号来控制神经,这可能为治疗各种疾病提供更好的选择,如风湿性关节炎、慢性疼痛和许多其他疾病。
Charles Lissandrello, (ME ' 09, ' 12, ' 15),在White的实验室担任博士后助理,与Gardner的澳门威尼斯人注册网站研究团队协同工作,率先设计了该设备。最初的两种设计被证明是无效的或笨拙的,但第三种设计是成功的。
“我们论文中描述的设计有两个带有柔性铰链的‘活板门’,可以让神经通过,并将神经锁在里面,还有一个半圆柱形的内部,神经可以在里面休息。使用我们的设备,我们能够成功地刺激和记录神经活动,”Lissandrello说。“最终,纳米夹是一种工具,可以解决与周围神经系统中小直径神经连接相关的许多挑战,我们希望它能使其他人进行以前不可能进行的澳门威尼斯人注册网站研究。”
根据怀特的说法,虽然这种技术可能不适合大规模生产这些工具,但从设计到生产和实施之间的快速周转时间使其成为进行科学实验的绝佳选择,因为它们发生的规模要小得多。怀特将继续与加德纳的澳门威尼斯人注册网站研究小组合作,加快打印过程,使其可扩展到制造业。她还打算扩展纳米夹的设计,使其包括光学传感,将光纤集成到传感器中,用于光遗传学等领域。
“外科医生对易用性的反馈很快就被纳入了设计中,经过多次迭代。因为我们可以快速地进行迭代,所以这是一次成功的实验。”“这是一件简单的事情,但它满足了推动科学发展的需要,我期待着未来有更多机会与其他教员澳门威尼斯人注册网站研究人员合作。”