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來源: 網(wǎng)易科技報道 2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃塞洛夫（Konstantin Novoselov）首次成功分離出石墨烯，取得了重大突破。石墨烯是由單層原子構(gòu)成的平面碳材料，也是已知最薄且最堅固的材料之一。因其獨特性質(zhì)，它被譽為“神奇材料”，并幫助海姆和諾沃塞洛夫贏得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎。 在隨后的20年間，石墨烯已成功應(yīng)用于電池、傳感器、半導(dǎo)體、空調(diào)甚至耳機等多個領(lǐng)域。目前，這項技術(shù)正在用于人類大腦的研究中。 當(dāng)?shù)貢r間周四，曼徹斯特大學(xué)的一組外科醫(yī)生在一名患者的大腦皮層（即大腦最外層）短暫植入了一種薄如膠帶的石墨烯裝置。這項技術(shù)由西班牙InBrain Neuroelectronics公司研發(fā)，是一種腦機接口設(shè)備，用于收集并解碼大腦信號。目前，包括埃隆·馬斯克（Elon Musk）旗下Neuralink在內(nèi)的多家公司均在開發(fā)此類腦機接口，而InBrain也是其中的重要參與者之一。 InBrain的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官卡羅萊納·阿吉拉爾（Carolina Aguilar）表示：“我們的目標(biāo)是推出一款能夠進行大腦解碼和大腦測繪的商業(yè)產(chǎn)品，并可用于治療多種疾病。” 大腦測繪是一項旨在輔助規(guī)劃腦部手術(shù)的技術(shù)。例如，在切除腦腫瘤時，外科醫(yī)生會在患者的大腦上放置電極，以確定大腦中控制運動和語言功能的位置，從而確保在不影響患者運動或語言能力的情況下安全切除腫瘤。 在最新的一次手術(shù)中，InBrain的石墨烯腦機接口設(shè)備在患者大腦上成功運行了79分鐘。此前，該患者已接受過腦部腫瘤切除手術(shù)，并同意參與實驗。在此期間，研究人員觀察到InBrain設(shè)備能夠以微米級精度區(qū)分健康與癌變的腦組織。 曼徹斯特大學(xué)是InBrain首次人體試驗的基地，該研究將在多達10名因其他原因已經(jīng)接受過腦部手術(shù)的患者身上測試石墨烯裝置。這項研究得到了歐盟石墨烯旗艦項目（Graphene Flagship）的大力支持，該項目旨在驗證石墨烯與人類大腦直接接觸的安全性。 執(zhí)行這臺手術(shù)的神經(jīng)外科醫(yī)生大衛(wèi)·庫普（David Coope）對InBrain裝置給予高度評價，指出其相比傳統(tǒng)電極具有更高的靈活性，能夠更好地貼合大腦表面。他說：“從外科的角度來看，這意味著我們可能會把它放在傳統(tǒng)電極難以觸及的區(qū)域。用于大腦測繪的傳統(tǒng)電極多為鑲嵌在硅中的鉑銥盤，較為堅硬。” 相比之下，InBrain設(shè)備是一個位于大腦表層的透明薄片，只有人類頭發(fā)的一半粗細，包含48個微小的解碼用石墨烯電極，每個電極只有25微米。 此外，InBrain公司還在研發(fā)一種能夠穿透腦組織的植入物，旨在提供更為精確的電刺激。這種設(shè)備可以單獨用于大腦測繪，但阿吉拉爾透露，該公司正計劃將這兩種設(shè)備結(jié)合，以期在治療帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面取得突破。 目前，腦深部電刺激術(shù)（DBS）作為一種成熟的治療方法，已廣泛應(yīng)用于帕金森癥、癲癇等疾病的治療中。通過向腦組織插入針狀金屬電極并輸送電流，以干擾大腦中引起震顫和其他運動癥狀的不規(guī)則信號。 目前，無論患者是否出現(xiàn)癥狀，大多數(shù)DBS系統(tǒng)都會持續(xù)刺激。但隨著時間的推移，神經(jīng)系統(tǒng)可以適應(yīng)這種持續(xù)性刺激，其效果也會逐漸消失。InBrain公司計劃利用表面設(shè)備監(jiān)測與運動功能相關(guān)的生物標(biāo)志物，僅在必要時啟動穿透設(shè)備進行精準(zhǔn)刺激，以優(yōu)化治療效果。 傳統(tǒng)上，金屬電極因其卓越的導(dǎo)電性而被廣泛應(yīng)用于DBS及腦機接口領(lǐng)域，捕捉大腦活動的電流信號，幫助癱瘓患者通過思維控制數(shù)字設(shè)備。然而，萊斯大學(xué)材料科學(xué)和納米工程助理教授克里斯蒂娜·特里吉德斯（Christina Tringides）指出，金屬電極存在很多缺點。 她說，金屬電極的剛性與大腦的柔軟性之間存在明顯不匹配，前者堅硬而脆弱，而大腦則呈現(xiàn)柔軟的凝膠狀，“這就像把勺子插進果凍里，或把刀插進豆腐中”。 大腦隨著每次呼吸而跳動，但金屬電極仍留在原地。這種不匹配意味著當(dāng)大腦在顱骨內(nèi)移動時，電極會引起炎癥或留下疤痕。隨著時間的推移，這些問題會阻礙電極接收神經(jīng)信號的能力。此外，金屬在大腦的水環(huán)境中也會氧化，這會導(dǎo)致它們隨著時間的推移而降解。 在理想情況下，植入大腦的電極應(yīng)能長期穩(wěn)定運行，以盡量減少患者因重復(fù)手術(shù)而承受的痛苦與風(fēng)險。特里吉德斯說，這正是推動使用新材料（如石墨烯）的原因之一。石墨烯作為一種優(yōu)良的導(dǎo)體，不僅導(dǎo)電性能優(yōu)異，而且具有抗氧化特性。 阿吉拉爾表示，InBrain的設(shè)備相比當(dāng)前的DBS系統(tǒng)，能夠向大腦注入高達200倍的電荷。此外，該公司的表面陣列還集成了12個刺激電極，由8400個石墨烯微島構(gòu)成，能夠在不開啟刺激功能的情況下進行初步的人體研究，為后續(xù)的臨床應(yīng)用打好基礎(chǔ)。 展望未來，InBrain計劃在其商業(yè)版本中集成近100個電極，并正在研發(fā)一款擁有1024個電極的設(shè)備。電極數(shù)量的增加將顯著提升大腦數(shù)據(jù)的記錄量，而石墨烯點的小巧尺寸則確保了刺激的極高精確度。這種高精度刺激在治療中風(fēng)、癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 然而，在正式投入臨床應(yīng)用之前，InBrain必須首先通過嚴(yán)格的安全性研究。阿吉拉爾稱：“這是石墨烯首次被植入人類大腦，所以我們希望能有一個好的結(jié)果。” |
