面向光遺傳學介面的生物相容可降解光纖

最新 03-16

隨著醫療技術的發展，光電子材料和器件在生物醫學領域的應用不斷被拓展。在神經科學領域，利用熒光記錄神經活動、用光遺傳學控制神經活動，已經成為研究神經科學和腦科學的重要手段，具有巨大的醫學應用潛力。在實際操作中，人們可以通過光纖將光導入生物體內，從而對神經元實施監測和控制。基於剛性石英玻璃的光纖具有良好的導光性能，但它的生物相容性不佳，會對生物組織（尤其是腦組織）造成損傷。近年來，基於合成高分子、水凝膠、天然材料的導光器件（光纖、光波導等）相繼出現，它們具有良好的生物相容性甚至生物可降解性，可以更好地滿足生物醫學需求。其中，植入式生物可降解器件可以在發揮功能後，在生物體內自動消失，避免器件取出時進行二次手術的風險。

近期，清華大學盛興課題組和管吉松課題組合作，利用聚乳酸（PLLA）等生物可降解高分子材料製作光纖，並將這種可降解光纖植入小鼠腦部，實現熒光記錄和光遺傳學刺激實驗。他們利用簡單的熱拉伸法製作可降解高分子光纖，製備過程中聚乳酸轉變為非晶態，保證光纖材料具有良好的透光性。通過控制提拉速度，光纖的直徑被控制在約200微米，便於通過傳統的光學系統與外部光源耦合。他們對這種光纖的生物降解過程進行了研究，通過體外降解測試，建立計算模型預測可降解光纖在植入生物組織後導光性能的變化。此外，研究者將這種新型光纖植入小鼠的下丘腦，通過光纖可以接收到體內激發出的綠色熒光；將光纖植入海馬區，利用光遺傳學誘導小鼠運動加劇。以上的體內測試結果同時可以證明光纖在生物體內的完全降解。生物可降解光纖將為植入式全可降解光電子器件與系統的探究開闢道路，研究人員期待最終將其應用於臨床醫學中。

相關文章在線發表在Advanced Optical Materials（DOI:10.1002/adom.201700941）上。