生物体内长出电极，不再是科幻

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Måka，题图来自：《极乐空间》

科幻小说或电影里，我们常常看到人或其他生物体内连接着电极电线的情节。其实，这并非仅存在于科幻作品中的幻想，近年来，现实世界的科学家也一直在尝试将电子技术与生物组织联系起来。

几十年来，研究人员一直在尝试制造模仿生物学的电子技术。然而，与半导体工业同步发展的传统生物电子技术，有着固定且静态的设计，很难甚至不可能与活体的生物信号系统结合。

现在，一组瑞典的研究团队尝试让生物学反过来“主动”创造电子技术。在一项《科学》报告的新研究中，科学家第一次利用生物体自身的化学，让活鱼“长”出了电极，再度模糊了生物与机器的界限。研究人员开发出了一种方法，可以在活体组织中创建柔软的、无衬底的电子导电材料。

多年的酝酿  

2015年，瑞典林雪平大学的一些研究人员开发了一种“电子玫瑰”，他们在玫瑰的叶或茎中渗入了导电聚合物，让植物和电子材料结合在了一起。这引发了更深入的兴趣，人们开始想要探索电子材料与动物结合的可能。

被渗入了导电聚合物的玫瑰叶与根茎。（图／Eliot Gomez， Linköping University）

然而，一个关键问题是动植物之间存在重大不同，那就是它们的细胞结构的差异。植物有坚硬的细胞壁，可以形成电极；而动物细胞更像是一个柔软的团，在这样的环境中形成电极是一个挑战，也是团队花了很多年才解决的难点。

研究人员设计了一种凝胶，这种凝胶具有在动物细胞环境中，形成电极所需的结构和物质组合。他们将凝胶注入了生物体内，在注入之前，这种凝胶并不导电，但当与身体物质接触后，凝胶的结构会发生改变，变得具有导电性。

研究人员开发了一种可注射的凝胶，能够在活组织中“长”出电极。图中显示的是在一个微型电路上的测试。（图/Thor Balkhed）

也就是说，以前需要植入物理物体来启动体内的电过程，现在注入黏稠的凝胶就足够了。此外，研究人员还可以根据不同的组织，来调整凝胶的成分，让电过程继续。

这类实验所面临的的另一重大挑战是动物的免疫系统。在这项研究中，研究人员通过对化学成分进行巧妙的改变，开发出了能被脑组织和免疫系统接受的电极。

在实验中，团队成功地在斑马鱼（Danio rerio）的脑、心脏和尾鳍，以及医用水蛭的神经组织周围实现了电极形成。他们还尝试了在鸡、猪和奶牛的肌肉组织内形成。这些动物没有因凝胶注射而受到伤害，也没有因电极形成产生其他影响。

完全集成  

在过去的类似实验尝试中，基因改造或者光火电能这样的外部信号是必不可少的。现在，仅凭身体的内源性分子就足以触发电极的形成，这是科学家第一次做到这一点。

将电子技术与生物组织联系起来，对于理解复杂的生物功能、治疗大脑中的疾病以及开发未来的人机接口都非常重要。新的研究结果进一步表明，这种方法可以将电子导电材料瞄准特定的生物子结构，从而为神经刺激创造合适的界面。

这项成果为生物学和电子技术的全新思维方式开辟了道路。虽然仍有一系列问题有待解决，但这是未来研究的一个良好的起点。研究人员相信，从长远来看，我们甚至有望在生物体内制造出完全集成的电子线路，进一步弥合生物学与技术之间的鸿沟。

参考来源：

https://liu.se/en/news-item/elektroder-odlas-i-hjarnan-kan-pa-sikt-bota-nervsjukdomar-

https://www.sciencenews.org/article/gel-body-sugar-grow-electrodes-fish

https://www.nature.com/articles/nature.2015.18851

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00544-w

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Måka