一种新的实验性、无电池的、用于治疗慢性疾病和神经退行性疾病的手术植入大脑设备,为最大限度地有效但微创治疗的永恒追求带来了希望。

神经植入物用电刺激大脑深处的组织,如今被用于治疗帕金森病和癫痫。研究人员最近还表明深度脑模拟可以用于治疗精神障碍比如上瘾、抑郁、强迫症和创伤后应激障碍。

为这些深度脑刺激(DBS)植入物供电的电池可以使用大约三年。然而,通过手术更换笨重的电池会增加成本,并增加感染的风险。为了解决这个问题,研究人员制作了一种DBS系统,通过收集和存储肺部呼吸运动的能量来为自己提供动力。

“脑深部刺激器是能量怪兽,所以电池很快就会耗尽,”他说伊斯兰教Mosa他是一位化学家,也是康涅狄格大学(University of Connecticut)分拆公司的首席技术官VoltXon该公司正在将该系统商业化细胞报告物理科学.“我们发明了第一个自给自足的无电池深度脑刺激装置。”

深部脑刺激是通过外科手术将电极植入大脑深处,通过电极以不同频率发送电脉冲。放置在锁骨下方皮肤下的脉冲发生器通过皮肤下的电线发射电极,电线从颈部一直延伸到头骨。

这些电脉冲必须以可控的方式传递到大脑。过去的努力,使无电池DBS系统这些依赖于获取人体机械能的装置要么无法以可控频率传递脉冲,要么无法产生足够的能量来触发电极。

莫萨、康涅狄格大学化学教授詹姆斯·鲁斯林和他们的同事们开发了一种新型的摩擦电纳米发电机(TENG)从肺部运动中获取能量超级电容器来储存能量。这两种设备都超薄且灵活。

依靠反复运动时电荷的积聚引起它们的两个电极,制成不同的材料,分开了又走到一起。它们已经被证明可以从脚步肌肉运动,,但尚未大规模商业化。

新的TENG依赖于两种不同塑料制成的薄膜的接触和分离。但研究人员还增加了一层额外的“传记烯”层——他们通过在碳超细纤维织物上涂上石墨烯薄片和一种蛋白质制成。Mosa说,由于碳材料和蛋白质之间的相对运动,这个传记烯可以作为一个额外的TENG,提高了TENG产生的能量。整个装置只有纸那么厚,一个4 × 5厘米的装置每次接触分离循环产生6.9微瓦。

这种能量储存在超级电容器中,研究人员通过在两个传记烯电极之间夹入凝胶电解质来制造超级电容器。一旦超级电容器充满电,它就会为脉冲发生器供电,从而点燃植入的电极。

他说,在实际应用中,TENG不会被放置在脆弱的肺组织上,而是附着在胸腔内部。然后,每当一个人吸气和呼气时,肺部就会按压和释放该设备。

研究人员测试了他们的系统体外目前,TENG被放置在一个带有实际猪肺的模型胸腔上,用泵充气和放气,生物超级电容器连接到电极上,刺激培养皿中的小鼠脑组织。

商业DBS系统持续电刺激大脑,每秒发出60到180次脉冲,而新系统意味着间歇性DBS。莫萨说,最近的研究表明,间歇性刺激可能对阿尔茨海默病、记忆力、抑郁症和创伤后应激障碍等疾病更有效。

他说:“下一步我们计划进行长期的体内研究。”

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一幅照片拼贴,显示一名男子戴着脑电图耳机,同时看着电脑屏幕。
纳迪亚·拉迪奇
DarkGray

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