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，聯(lián)合俄勒岡大學(xué)JonathanT.Reeder助理教授團(tuán)隊與大連理工大學(xué)解兆謙教授團(tuán)隊共同基于神經(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)有的報道已經(jīng)證實，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，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)建了一種具有實時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，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時調(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，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)實際應(yīng)用對象得到最佳的實驗效果。

　　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。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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