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有机材料化学家Shawn Dirk在神经接口工作期间专注于投影仪,旨在通过自身神经系统的直接帮助提高截肢者对假肢的控制

在暴露聚合物之前进行聚焦,确保研究人员为界面设计所需的特征尺寸

Randy Montoya桑迪亚国家实验室的研究人员正专注于在神经系统和人工装置与新墨西哥州ALBUQUERQUE - 桑迪亚国家实验室研究人员相交的地方开发生物材料和周围神经,使用现成的设备

一个化学实验室,一直致力于通过他们自己的神经系统直接帮助改善截肢者对假肢的控制有机材料化学家Shawn Dirk,机器人工程师Steve Buerger和其他人正在创建生物相容性界面支架目标是改进具有灵活神经的假肢 - 到神经或神经到肌肉切断神经可以通过哪些接口生长,使一小组神经纤维紧密接触连接到分离的植入电子设备的电极位置神经接口在神经系统和人工设备相交的地方运行接口可以监测神经信号或提供输入让截肢者通过直接神经信号控制假体装置,就像他们控制自己身体部位的方式一样Sandia的研究重点是接口部位的生物材料和周围神经

这个想法是将材料特性与神经纤维相匹配,具有生物相容性的柔韧导电材料

他们可以整合神经束“我们可以通过很多旋钮来获得与神经相匹配的材料属性,”Dirk说机器人工程师Steve Buerger展示了Sandia开发的植入式可穿戴神经接口电子设备

义肢组件展示的假肢实验室他是pa rt的一个研究小组正致力于通过他们自己的神经系统直接帮助改善截肢者对假肢的控制照片作者:Randy Montoya Buerger补充说:“如果我们能够获得正确的材料特性,我们就可以创造健康,长久的持久的接口,允许截肢者使用自己的神经系统控制机器人肢体多年,甚至数十年,无需重复手术“研究人员正在研究使用薄蒸发金属或图案化多壁碳纳米管的柔性导电电极材料早期阶段,这些材料可能需要几年才能进入市场研究必须确认它们是否能够按需运行,然后它们将面临漫长的食品和药物管理局批准程序但需要的是截肢者联盟估计美国有200万人生活在肢体损失中美国国会研究服务中心报告2001年至2010年期间涉及美国军队的1600多次截肢事件与伊拉克和阿富汗战斗有关的人数超过1400人大多数是肢体截肢在加入桑迪亚之前,Buerger在麻省理工学院的一个研究小组工作,开发生物医学机器人,包括假肢桑迪亚的机器人小组在他作为美国的一部分到来之前开发假肢

美国能源部赞助的减少扩散风险的人道主义计划机器人从技术角度处理这个问题,着眼于改进植入式和可穿戴式神经接口电子设备但是,Buerger说这并没有解决与神经接口的核心问题,因此研究人员转向Dirk的团队“这是问题的关键所在,”他说这个微小的测试结构是由相同的可光交联的PDMS材料制成的,这种材料已作为MD Anderson癌症中心-UNM-Sandia合作的一部分植入大鼠测试结构有助于研究人员表征其微型项目的性能离子光刻系统摄影:Randy Montoya挑战很多接口必须结构化,以便神经纤维能够通过它们必须是机械兼容的,因此它们不会伤害神经系统或周围组织,并且与组织整合生物相容性并促进神经纤维生长它们还必须具有导电性以允许电极位置与外部电路连接,并且必须调整电特性以传输神经信号 Dirk在材料研究学会冬季会议上发表了一篇关于潜在神经界面材料的论文,描述了Sandia与新墨西哥大学和休斯敦MD安德森癌症中心合作的工作

作者是Buerger,UNM助理教授Elizabeth Hedberg-Dirk ,UNM研究生和桑迪亚承包商Kirsten Cicotte,以及MD安德森的Patrick Lin和Gregory Reece研究人员开始于1902年首次获得专利的技术称为静电纺丝,通过在填充注射器的尖端之间施加高压场来生产非织造纤维垫

使用聚合物溶液和收集垫尖端直径和溶液粘度控制纤维尺寸Sandia研究人员与UNM生物医学工程中心和化学工程部合作,研究室温下为液体的聚合物静电纺丝这些液体聚合物不会导致纤维形成,结果有点像水汇集在平坦表面上为了弥补纤维形成的不足,他们将材料静电纺丝到加热板上,在聚合物纤维形成时引发化学反应交联聚合物纤维,Dirk说,研究人员能够调整最终复合材料的电导率

添加多壁碳纳米管团队电纺支架有两种材料 - PBF或聚(富马酸丁烯),一种在UNM和Sandia开发用于组织工程的聚合物,以及PDMS或聚(二甲基硅氧烷)PBF是一种生物相容性材料

可生物降解,因此多孔支架会崩解,留下PDMS背后的接触是生物相容的填缝状材料,不可生物降解,这意味着支架将保留在材料的一侧上的电极使其导电桑迪亚的工作是通过最新启动的实验室资助的2010年定向研发(LDRD)项目;随后,研究人员与MD安德森合作进行种植体测试桑迪亚和MD安德森正在寻求资金继续该项目,Dirk说Buerger说他们正在使用他们的概念验证工作获得第三方资助“所以我们可以带来这项技术更接近能帮助我们受伤的战士,截肢者和周围神经损伤受害者的事情“Sandia和UNM申请了脚手架技术专利桑迪亚还提交了两份单独的临时专利申请,一份与MD安德森合作,另一份与UNM合作,合作伙伴希望今年提交完整的申请MD安德森的合作是因为当时桑迪亚的员工Dick Fate,MD安德森患者因左腿患上了癌症,认为医院和实验室是天生的匹配他促请桑迪亚邀请到医院,这导致了最终的合作关系Fate,他在2010年退休,看到了医疗保健不断上升的衰弱效应作为一个国家安全问题,国家经济成本“对我而言,这似乎是一个合乎逻辑的匹配,是该国最好的工程实验室与该国最好的医学研究机构合作解决一些近乎推动这一问题的大问题国家破产,“他说,在桑迪亚研究人员提出界面材料后,MD安德森外科医生将支架缝合成横切的腓神经之间的大鼠腿三到四周后,接口进行了评估

用PBF制造的样品太厚了Dirk表示PDMS更有前景,组织学显示神经细胞开始穿透支架,而电渗垫的厚度约为100微米是合适的,Dirk说,但不是多孔,足以使神经穿透支架

足够多孔并且孔隙模式不受控制团队寻求创造多孔基质的不同技术导致了亲jection microstereolithography,由伊利诺伊大学厄本那 - 香槟分校开发,是一种廉价的教室外展工具

它将计算机与PowerPoint图像耦合到投影仪,投影仪的镜头聚焦在镜子上,镜子反射到含有解决方案的烧杯中使用笔记本电脑和投影仪Dirk说,研究人员最初尝试使用镜子和3X放大镜,但放弃了因为它产生了太多的失真

他们现在使用放大镜将UV光聚焦到PDMS涂层的硅片上,形成薄的多孔膜 虽然光刻技术并不新颖,但“我们开发了可用作生物相容性光交联聚合物的新材料”,Dirk说,该技术使该团队能够创建一个规则的孔阵列,并模拟小至79微米的孔

现在研究人员使用其他设备创建更多受控功能“这令人兴奋,因为我们的功能尺寸接近所需,”Buerger说源:桑迪亚国家实验室图片:Randy Montoya

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