微流控技術(shù)是一種通過微小的通道和微型裝置對流體進(jìn)行精確操控和分析的技術(shù)。它是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中的一種重要的生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要性。它在高通量分析、個(gè)性化醫(yī)療、細(xì)胞篩選等方面有著巨大的潛力，Aigtek安泰電子今天就將為大家分享一篇微流控領(lǐng)域研究成果，一起接著往下看吧~

　　在臨床治療的過程中，止痛藥是一類直接減緩患者切身痛苦的有效制劑。然而傳統(tǒng)化學(xué)類止痛藥往往存在不同程度的成癮性，甚至?xí)蜻^量使用而導(dǎo)致患者死亡。來自美國西北大學(xué)的JohnA.Rogers團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合俄勒岡大學(xué)JonathanT.Reeder助理教授團(tuán)隊(duì)與大連理工大學(xué)解兆謙教授團(tuán)隊(duì)共同基于神經(jīng)組織生理活性的負(fù)溫度依賴性，開發(fā)了一種柔性、生物可吸收的微流控裝置，該裝置能夠在活體組織的任意深度進(jìn)行集中、可控的微創(chuàng)冷卻，從而實(shí)現(xiàn)局部的痛感阻斷。相關(guān)論文“Soft,bioresorbablecoolersforreversibleconductionblockofperipheralnerves”發(fā)表于雜志Science。

　　現(xiàn)有的報(bào)道已經(jīng)證實(shí)，神經(jīng)組織中的代謝、電生理和離子活性都具有反向的溫度依賴性，且當(dāng)溫度降至15℃以下時(shí)，哺乳動物神經(jīng)復(fù)合動作電位傳導(dǎo)的阻斷就會發(fā)生。研究者基于這樣的原理，針對性地構(gòu)建了一種具有實(shí)時(shí)溫度反饋功能的可植入式微流控裝置。該裝置可按需在一定時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生局部痛覺缺失，并在使用后逐漸被人體溶解與吸收。研究者也構(gòu)想了具體的臨床應(yīng)用的場景：即術(shù)后周圍神經(jīng)系統(tǒng)的劇痛阻斷（圖1）。同時(shí)，該柔性微流控裝置在彈性、硬度和彎曲度等方面與周圍神經(jīng)組織非常匹配，這使得植入裝置無須進(jìn)行縫合固定。在PBS緩沖液中持續(xù)進(jìn)行孵育也可發(fā)現(xiàn)，該裝置會在50天后完全溶解消失，這也初步證實(shí)了其無需手術(shù)取回的潛力。

　　圖1用于按需神經(jīng)阻滯的柔性、生物可吸收蒸發(fā)式微流控冷卻器

　　文中的微流控裝置是由多層結(jié)構(gòu)組裝而成：裝置的主體部分均由可降解生物彈性體聚檸檬酸-1,8-辛二醇酯（POC）構(gòu)成；裝置外部設(shè)有經(jīng)皮的導(dǎo)線，可將液態(tài)冷卻劑全氟正戊烷（PFP）和干燥的氮?dú)廨斎氲娇崴撇筒娼Y(jié)構(gòu)的蒸發(fā)腔室中，用以實(shí)現(xiàn)局部降溫；在蒸發(fā)腔室之上是由POC隔開的電子元件部分，主要用于溫度的傳感與實(shí)時(shí)調(diào)控（圖2）。

　　圖2蒸發(fā)式微流控冷卻與溫度傳感系統(tǒng)

　　在完成微流控裝置的設(shè)計(jì)與組裝后，研究者在體外利用包含熱電偶的水凝膠組織仿生物進(jìn)行了冷卻效果優(yōu)化和測試。通過對進(jìn)入微流控裝置的PFP流量及氮?dú)鈮簭?qiáng)的系統(tǒng)性優(yōu)化可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PFP摩爾分量為0.13，氮?dú)鈮簭?qiáng)為90kPa時(shí)，仿真神經(jīng)組織的溫度可從37℃降至最低的-1.4℃。類似地，研究者還探究了仿生神經(jīng)組織的降溫速率、復(fù)溫效果和恒溫效果等一系列參數(shù)與PFP及氮?dú)廨斎肓康年P(guān)系。可以發(fā)現(xiàn)，在恒定的氮?dú)鈮簭?qiáng)條件下，通過簡單調(diào)整PFP流量即可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對象得到最佳的實(shí)驗(yàn)效果。

　　圖3微流控裝置神經(jīng)冷卻功效的體外研究

　　接著，研究者探究了對實(shí)際應(yīng)用影響更大的局部降溫效果：即在不需要隔熱層的情況下，將特定位置冷卻至預(yù)期的溫度，這也代表了文中蒸發(fā)式微流控冷卻裝置的一個(gè)關(guān)鍵能力。研究者在可熱變色的組織仿生物上放置了三類（豎直卷曲、平行卷曲和平鋪）處于不同結(jié)構(gòu)下的柔性微流控裝置，用以研究該裝置在徑向、軸向和表面的局部降溫和溫度擴(kuò)散情況。結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，即使不使用任何隔熱層，這種蒸發(fā)式微流控裝置也能很好地實(shí)現(xiàn)其接觸區(qū)域的局部降溫，而幾乎不影響遠(yuǎn)端的溫度變化（圖4）。

　　圖4微流控裝置的局部降溫效果

　　最后，研究者在大鼠急性損傷動物模型中驗(yàn)證了柔性微流控裝置的鎮(zhèn)痛效果。基于肌電圖（EMG）測量可以發(fā)現(xiàn)，在局部冷卻發(fā)生后，大鼠的肌電信號大小和復(fù)合神經(jīng)動作電位（CNAP）均有明顯下降，而其相應(yīng)的信號延時(shí)則顯著提升；而復(fù)溫后這些變化的信號基本可以復(fù)原。這證實(shí)了該微流控裝置的有效性和安全性。隨后，研究者基于大鼠坐骨神經(jīng)分支選擇性損傷模型（SNI）進(jìn)行了機(jī)械痛覺敏感性試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)對大鼠的損傷側(cè)進(jìn)行冷卻操作后，其機(jī)械力敏感性閾值顯著提高，證實(shí)了鎮(zhèn)痛效果的存在。而在損傷對側(cè)的機(jī)械力敏感性閾值則無明顯變化，這也說明了該裝置僅針對局部降溫發(fā)揮作用的特點(diǎn)。

　　圖5動物模型中冷卻誘導(dǎo)的神經(jīng)阻滯和鎮(zhèn)痛

　　總之，本文基于微加工技術(shù)設(shè)計(jì)并制備了在空間上具有精確冷卻效果的柔性生物可吸收微流控裝置，并將其成功用于可逆的局部周圍神經(jīng)活動阻滯。利用該裝置，研究者在動物模型層面實(shí)現(xiàn)了按需鎮(zhèn)痛的損傷保護(hù)。本文中的研究概念、材料選擇和設(shè)備設(shè)計(jì)為可植入式局部鎮(zhèn)痛系統(tǒng)開發(fā)奠定了工程學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)也為相關(guān)臨床應(yīng)用提供了全新的解決方案。

　　ATA-2031高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~500kHz

　　電壓：300Vp-p（±150Vp）

　　電流：120mAp

　　功率：18Wp

　　壓擺率：≥334V/μs

　　可程控

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