從始至終，大腦都是我們身體上最“神秘”的部分，作為“總司令”控制著我們的行動(dòng)與思考。這團(tuán)軟綿綿的東西包含著成千上萬(wàn)的神經(jīng)組織，有著極其精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果能與計(jì)算周密的機(jī)器結(jié)合在一起，那潛在功能將變得強(qiáng)大的不堪設(shè)想。

雖然真正的半人半機(jī)器人的結(jié)合體只是出現(xiàn)在科幻小說(shuō)中，但科學(xué)家在人體與機(jī)器融合的道路上的探索從未停歇。

事實(shí)上，相關(guān)科研之所以進(jìn)展緩慢，是由于機(jī)器的常用材料——金、硅和鋼等在植入人體后會(huì)造成瘢痕。并且，將電子設(shè)備與人體組織連接也是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。強(qiáng)行植入的傷疤不僅會(huì)造成人體內(nèi)損傷，還會(huì)中斷電腦與肌肉或腦組織之間的電信號(hào)流動(dòng)。

迄今為止，這是一個(gè)難以翻越的復(fù)雜難題。

有趣的是，近日，特拉華大學(xué)的一組研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的、生物相容的電子植入物聚合物涂層，這可能是更好地理解這種生物黑盒子的關(guān)鍵。

這些聚合物不僅會(huì)比無(wú)機(jī)涂層電子器件在生物組織上留下更少的疤痕，而且還能讓科學(xué)家微調(diào)聚合物的敏感性——這可能為創(chuàng)建有害疾病存在的早期預(yù)警系統(tǒng)創(chuàng)造條件。

而且，這一突破性進(jìn)展也是將電子設(shè)備與人體集成從而創(chuàng)造出半人半機(jī)器人的“半機(jī)械人”生物的重要一步。

該研究的主要作者，特拉華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授 David Martin 表示，目前的技術(shù)正在被用于開(kāi)發(fā)生物相容的電子產(chǎn)品，如起搏器，耳蝸植入物和深度大腦刺激。關(guān)鍵的是，這些技術(shù)都面臨著局限性，而他的團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新可以解決這個(gè)問(wèn)題。

相關(guān)研究成果于 8 月 17 日在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS） 2020年秋季線上會(huì)議和博覽會(huì)上展示。

David Martin 說(shuō)：“我們之所以想研究這個(gè)項(xiàng)目，是因?yàn)槲覀冊(cè)噲D將堅(jiān)硬的無(wú)機(jī)微電極與大腦連接起來(lái)，但大腦是由有機(jī)的、含鹽的、有生命的材料構(gòu)成的?！?/p>

當(dāng)將無(wú)機(jī)電子集成到大腦中遇到困難時(shí)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)偶然發(fā)現(xiàn)了對(duì)更好的生物相容性界面的需要：“事實(shí)上項(xiàng)目一開(kāi)始進(jìn)展得不好，所以我們認(rèn)為肯定有更好的辦法。我們開(kāi)始研究有機(jī)電子材料，比如用于非生物設(shè)備的共軛聚合物。”

在對(duì)一些材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，這個(gè)團(tuán)隊(duì)想到了一個(gè)不太可能成功的材料。

Martin 說(shuō)，“我們發(fā)現(xiàn)了一種化學(xué)穩(wěn)定的樣品，被作為電子顯示器的防靜電涂層出售。經(jīng)過(guò)測(cè)試，研究人員發(fā)現(xiàn)這種聚合物具有連接硬件和人體組織所必需的性能。

這種聚合物涂層稱(chēng)為聚（3，4－乙烯二氧噻吩）或 PEDOT，具有電活性和離子活性，研究人員解釋說(shuō)，這有助于降低它的阻抗（即它對(duì)流動(dòng)電荷的反對(duì)），與沒(méi)有這種涂層的電子相比，能夠降低 3 到 4 個(gè)數(shù)量級(jí)。

由于它的低阻抗，這種涂層還能夠增加設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度和電池壽命。除了這些基本的優(yōu)點(diǎn)，研究人員表示，這些聚合物還可以被調(diào)整以增加特定的功能特性。

在乙烯二氧噻吩（EDOT）單體上加入羧酸、醛或馬來(lái)酰亞胺取代物，使研究人員具有制造多種功能的聚合物的多功能性。Martin 解釋說(shuō)，他們可以在這些改良的 PEDOTs 中有效地添加任何肽、抗體甚至 DNA。

“說(shuō)出你最喜歡的生物分子，原則上你就可以制作出含有任何你可能感興趣的生物功能基團(tuán)的 PEDOT 薄膜?！?/p>

為了測(cè)試了這種特性，他們?cè)诒∧ぶ屑尤肓艘环N抗體，這種抗體能夠檢測(cè)特定的血管生長(zhǎng)激素被腫瘤劫持的情況。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子刺激血管損傷后的生長(zhǎng)，腫瘤劫持這種蛋白質(zhì)以增加其血液供應(yīng)。

結(jié)果表明，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的聚合物可以作為傳感器檢測(cè)VEGF的過(guò)表達(dá)，從而在早期階段檢測(cè)到疾病的發(fā)生，以及其他潛在的應(yīng)用。

事實(shí)上它的功能遠(yuǎn)不止這些，比如，其他功能化聚合物具有神經(jīng)遞質(zhì)，這些薄膜可以幫助感覺(jué)或治療大腦或神經(jīng)系統(tǒng)疾病。到目前為止，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制造了一種與多巴胺結(jié)合的聚合物（多巴胺在成癮行為中起作用）。

Martin 表示，這種聚合物涂層除了可以用于診斷外，還可以用于腦機(jī)接口，甚至用于人工智能與人腦的結(jié)合。雖然未來(lái)主義的、類(lèi)似終結(jié)者的半機(jī)器人仍在科幻小說(shuō)的范圍內(nèi)，但 Martin 說(shuō)，這一領(lǐng)域的研究正在迅速發(fā)展。

“在現(xiàn)實(shí)生活中，我們已經(jīng)看到癱瘓的人能夠用大腦控制電腦屏幕上的光標(biāo)和假肢，”Martin 說(shuō)，“最近，葛蘭素史克（Glaxo Smith Kline）和埃??？馬斯克（Elon Musk）的Neuralink 等大公司也加入了這個(gè)游戲；這項(xiàng)技術(shù)正在迅速發(fā)展，很明顯，未來(lái)會(huì)有一些顯著的突破?！?/p>

至于這項(xiàng)研究，Martin 說(shuō)他們的下一步將是更好地了解如何調(diào)整這些聚合物的行為，然后（最終）將它們納入生物體中。

Martin 說(shuō)，他的夢(mèng)想是能夠定制這些材料在表面的沉積方式，然后將它們放入活體組織中?！霸谏矬w內(nèi)以可控的方式進(jìn)行聚合的能力將是令人著迷的?！?/p>