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赛博格时代开启,电子植入物聚合物涂层使人类和AI融合成为可能

从始至终,大脑都是我们身体上最“神秘”的部分,作为“总司令”控制着我们的行动与思考。这团软绵绵的东西包含着成千上万的神经组织,有着极其精细的内部结构。如果能与计算周密的机器结合在一起,那潜在功能将变得强大的不堪设想。

从始至终,大脑都是我们身体上最“神秘”的部分,作为“总司令”控制着我们的行动与思考。这团软绵绵的东西包含着成千上万的神经组织,有着极其精细的内部结构。如果能与计算周密的机器结合在一起,那潜在功能将变得强大的不堪设想。

虽然真正的半人半机器人的结合体只是出现在科幻小说中,但科学家在人体与机器融合的道路上的探索从未停歇。

事实上,相关科研之所以进展缓慢,是由于机器的常用材料——金、硅和钢等在植入人体后会造成瘢痕。并且,将电子设备与人体组织连接也是一个重大的挑战。强行植入的伤疤不仅会造成人体内损伤,还会中断电脑与肌肉或脑组织之间的电信号流动。

迄今为止,这是一个难以翻越的复杂难题。

有趣的是,近日,特拉华大学的一组研究人员开发了一种新的、生物相容的电子植入物聚合物涂层,这可能是更好地理解这种生物黑盒子的关键。

这些聚合物不仅会比无机涂层电子器件在生物组织上留下更少的疤痕,而且还能让科学家微调聚合物的敏感性——这可能为创建有害疾病存在的早期预警系统创造条件。

而且,这一突破性进展也是将电子设备与人体集成从而创造出半人半机器人的“半机械人”生物的重要一步。

该研究的主要作者,特拉华大学生物医学工程教授 David Martin 表示,目前的技术正在被用于开发生物相容的电子产品,如起搏器,耳蜗植入物和深度大脑刺激。关键的是,这些技术都面临着局限性,而他的团队的创新可以解决这个问题。

相关研究成果于 8 月 17 日在美国化学学会(ACS) 2020年秋季线上会议和博览会上展示。

David Martin 说:“我们之所以想研究这个项目,是因为我们试图将坚硬的无机微电极与大脑连接起来,但大脑是由有机的、含盐的、有生命的材料构成的。”

当将无机电子集成到大脑中遇到困难时,这个团队偶然发现了对更好的生物相容性界面的需要:“事实上项目一开始进展得不好,所以我们认为肯定有更好的办法。我们开始研究有机电子材料,比如用于非生物设备的共轭聚合物。”

在对一些材料进行实验后,这个团队想到了一个不太可能成功的材料。

Martin 说,“我们发现了一种化学稳定的样品,被作为电子显示器的防静电涂层出售。经过测试,研究人员发现这种聚合物具有连接硬件和人体组织所必需的性能。

赛博格时代开启,电子植入物聚合物涂层使人类和AI融合成为可能

这种聚合物涂层称为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或 PEDOT,具有电活性和离子活性,研究人员解释说,这有助于降低它的阻抗(即它对流动电荷的反对),与没有这种涂层的电子相比,能够降低 3 到 4 个数量级。

由于它的低阻抗,这种涂层还能够增加设备的信号强度和电池寿命。除了这些基本的优点,研究人员表示,这些聚合物还可以被调整以增加特定的功能特性。

在乙烯二氧噻吩(EDOT)单体上加入羧酸、醛或马来酰亚胺取代物,使研究人员具有制造多种功能的聚合物的多功能性。Martin 解释说,他们可以在这些改良的 PEDOTs 中有效地添加任何肽、抗体甚至 DNA。

“说出你最喜欢的生物分子,原则上你就可以制作出含有任何你可能感兴趣的生物功能基团的 PEDOT 薄膜。”

为了测试了这种特性,他们在薄膜中加入了一种抗体,这种抗体能够检测特定的血管生长激素被肿瘤劫持的情况。血管内皮生长因子刺激血管损伤后的生长,肿瘤劫持这种蛋白质以增加其血液供应。

结果表明,该团队开发的聚合物可以作为传感器检测VEGF的过表达,从而在早期阶段检测到疾病的发生,以及其他潜在的应用。

事实上它的功能远不止这些,比如,其他功能化聚合物具有神经递质,这些薄膜可以帮助感觉或治疗大脑或神经系统疾病。到目前为止,该团队已经制造了一种与多巴胺结合的聚合物(多巴胺在成瘾行为中起作用)。

Martin 表示,这种聚合物涂层除了可以用于诊断外,还可以用于脑机接口,甚至用于人工智能与人脑的结合。虽然未来主义的、类似终结者的半机器人仍在科幻小说的范围内,但 Martin 说,这一领域的研究正在迅速发展。

“在现实生活中,我们已经看到瘫痪的人能够用大脑控制电脑屏幕上的光标和假肢,”Martin 说,“最近,葛兰素史克(Glaxo Smith Kline)和埃隆?马斯克(Elon Musk)的Neuralink 等大公司也加入了这个游戏;这项技术正在迅速发展,很明显,未来会有一些显著的突破。”

至于这项研究,Martin 说他们的下一步将是更好地了解如何调整这些聚合物的行为,然后(最终)将它们纳入生物体中。

Martin 说,他的梦想是能够定制这些材料在表面的沉积方式,然后将它们放入活体组织中。“在生物体内以可控的方式进行聚合的能力将是令人着迷的。”

赛博格时代开启,电子植入物聚合物涂层使人类和AI融合成为可能

赛博格时代开启,电子植入物聚合物涂层使人类和AI融合成为可能

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