在医学技术不断进步的今天，MIT研究人员开发出一种令人惊叹的创新技术——微型无线生物电子设备，这些设备能够通过血液循环系统自主导航并精准植入大脑特定区域，为多种神经系统疾病提供革命性的治疗选择。这项被称为" circulatronics "的技术不仅避开了传统脑手术的高风险和高成本，还实现了前所未有的治疗精度。
突破性技术：从血液到大脑的无创旅程
想象一下，只需通过简单的手臂注射，就能将微型电子芯片植入大脑特定区域，提供精准电刺激。这一曾经只存在于科幻小说中的场景，如今正因MIT研究人员的努力而逐步成为现实。
这些微型生物电子设备—— circulatronics，具有令人难以置信的微小尺寸，每个设备大约只有一粒米长度的十亿分之一。它们由有机半导体聚合物层和金属层交替堆叠形成电子异质结构，在MIT.nano设施中采用CMOS兼容工艺制造。更令人惊叹的是，这些设备能够与活体细胞结合，形成细胞-电子混合体，从而在体内安全运行。
"我们的细胞-电子混合体结合了电子学的多功能性与活体细胞的生物运输和生化感应能力，"这项研究的资深作者、MIT媒体实验室和神经生物工程中心副教授Deblina Sarkar解释道，"活体细胞为电子设备提供了伪装，使它们免受免疫系统的攻击，并能在血液中无缝穿行。"
技术原理：细胞与电子的完美融合
circulatronics技术的核心在于其创新的细胞-电子混合体设计。在制造过程中，研究人员首先在硅晶圆上制造电子设备，然后将它们从晶圆上剥离，使其在溶液中自由浮动。接着，通过化学反应将这些电子设备与特定类型的细胞结合在一起。
在最新研究中，团队选择了单核细胞这种免疫细胞与电子设备融合。单核细胞能够自然靶向体内的炎症区域，这为circulatronics提供了精确导航的能力。同时，研究人员还应用了荧光染料，使这些设备在穿越完整的血脑屏障并自我植入目标脑区时可以被追踪。
"当电子设备附着在基底上时，它们工作完美，但当我们最初将它们剥离时，它们就不再工作了，"Sarkar回忆道，"解决这一挑战花费了我们一年多的时间。"
这些设备高效的无线电源转换效率是其能够在大脑深处工作的关键。即使在脑组织深处，它们也能获取足够的能量进行神经调节。当设备到达目标区域后，临床医生或研究人员可以使用外部发射器，以近红外光的形式提供电磁波，为设备供电并实现对神经元的电刺激。
精准治疗：超越传统电极的革命性优势
与传统脑植入技术相比，circulatronics展现出多项显著优势。首先，它们的微小尺寸提供了远超传统电极的精度。这些设备能够自我植入，形成数百万个微观刺激点，精确匹配目标区域的形状。
其次，它们的生物相容性确保了这些设备能够与神经元共存而不造成有害影响。通过一系列生物相容性测试，研究人员发现circulatronics可以安全地整合在神经元中，不影响认知或运动背后的脑部过程。
在动物实验中，这些设备成功实现了对大脑炎症的精准靶向治疗，炎症是许多神经系统疾病进展的主要因素。研究结果表明，circulatronics可以在目标区域周围几微米范围内实现高精度定位，提供局部神经调节。
临床应用：从脑瘤到阿尔茨海默病的广泛前景
Sarkar实验室目前正在开发这项技术用于治疗多种疾病，包括脑癌、阿尔茨海默病和慢性疼痛。circulatronics设备的微小尺寸和自我植入能力使其特别适合治疗多发性脑瘤，如胶质母细胞瘤，这类疾病可能在多个位置形成肿瘤，其中一些可能太小而无法通过成像技术识别。
这些设备也可能为治疗特别致命的癌症提供新途径，如弥漫性内生型桥脑胶质瘤(DIPG)，这是一种位于脑干的侵袭性肿瘤，通常无法通过手术切除。
"这是一项平台技术，可用于治疗多种脑部和精神疾病，"Sarkar表示，"此外，这项技术不仅限于大脑，未来还可以扩展到身体的其他部位。"
未来展望：脑机共生的新时代
研究人员希望通过最近成立的Cahira Technologies公司，在三年内将这项技术推向临床试验。他们还在探索将额外的纳米电子电路整合到设备中，以实现包括传感、基于芯片数据分析的反馈以及创建合成电子神经元等功能。
"我们的微型电子设备与神经元无缝整合，与脑细胞共同生活和共存，创造出独特的脑机共生关系，"Sarkar说道，"我们正致力于将这项技术用于治疗药物或标准疗法无效的神经疾病，减轻人类痛苦，并展望一个人类能够超越疾病和生物学限制的未来。"
这项技术的意义不仅在于治疗方法的创新，更在于它代表了医学与工程学交叉领域的重大突破。通过将生物细胞与电子技术巧妙结合，circulatronics开创了精准医疗的新篇章，为无数神经系统疾病患者带来了新的希望。
MIT研究人员开发的微型生物电子设备能够通过血液循环系统自主导航并植入大脑特定区域，提供精准电刺激。
外部发射器通过近红外光为植入大脑的微型设备供电，实现对神经元的电刺激。
随着这项技术的不断成熟和完善，我们有理由相信，在不远的将来，无需手术的脑植入技术将成为神经系统疾病治疗的常规选择，为患者带来更加安全、精准和有效的治疗方案。
