從始至終，大腦都是我們身體上最“神秘”的部分，作為“總司令”控制著我們的行動與思考。這團軟綿綿的東西包含著成千上萬的神經(jīng)組織，有著極其精細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果能與計算周密的機器結(jié)合在一起，那潛在功能將變得強大的不堪設(shè)想。

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

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

迄今為止，這是一個難以翻越的復(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。

這些聚合物不僅會比無機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，這一突破性進展也是將電子設(shè)備與人體集成從而創(chuàng)造出半人半機器人的“半機械人”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，而他的團隊的創(chuàng)新可以解決這個問題。

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

David Martin 說：“我們之所以想研究這個項目，是因為我們試圖將堅硬的無機微電極與大腦連接起來，但大腦是由有機的、含鹽的、有生命的材料構(gòu)成的。”

當將無機電子集成到大腦中遇到困難時，這個團隊偶然發(fā)現(xiàn)了對更好的生物相容性界面的需要：“事實上項目一開始進展得不好，所以我們認為肯定有更好的辦法。我們開始研究有機電子材料，比如用于非生物設(shè)備的共軛聚合物?！?/p>

在對一些材料進行實驗后，這個團隊想到了一個不太可能成功的材料。

Martin 說，“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)過測試，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，這有助于降低它的阻抗（即它對流動電荷的反對），與沒有這種涂層的電子相比，能夠降低 3 到 4 個數(shù)量級。

由于它的低阻抗，這種涂層還能夠增加設(shè)備的信號強度和電池壽命。除了這些基本的優(yōu)點，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，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的 PEDOT 薄膜?！?/p>

為了測試了這種特性，他們在薄膜中加入了一種抗體，這種抗體能夠檢測特定的血管生長激素被腫瘤劫持的情況。血管內(nèi)皮生長因子刺激血管損傷后的生長，腫瘤劫持這種蛋白質(zhì)以增加其血液供應(yīng)。

結(jié)果表明，該團隊開發(fā)的聚合物可以作為傳感器檢測VEGF的過表達，從而在早期階段檢測到疾病的發(fā)生，以及其他潛在的應(yīng)用。

事實上它的功能遠不止這些，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或治療大腦或神經(jīng)系統(tǒng)疾病。到目前為止，該團隊已經(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，還可以用于腦機接口，甚至用于人工智能與人腦的結(jié)合。雖然未來主義的、類似終結(jié)者的半機器人仍在科幻小說的范圍內(nèi)，但 Martin 說，這一領(lǐng)域的研究正在迅速發(fā)展。

“在現(xiàn)實生活中，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和假肢，”Martin 說，“最近，葛蘭素史克（Glaxo Smith Kline）和埃?。狂R斯克（Elon Musk）的Neuralink 等大公司也加入了這個游戲；這項技術(shù)正在迅速發(fā)展，很明顯，未來會有一些顯著的突破?！?/p>

至于這項研究，Martin 說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，他的夢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)以可控的方式進行聚合的能力將是令人著迷的?！?/p>