工程硅颗粒创造了独特的生物界面

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来自芝加哥大学、西北大学、伊利诺伊大学芝加哥分校和美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一组研究人员已经设计出了人类头发宽度的五分之一的硅粒子，这可能导致“生物界面”系统的设计，以使神经细胞燃烧和心脏细胞跳动。

芝加哥大学(University of Chicago)一个研究小组的负责人田博智(Bozhi Tian)说，这种粒子可以在细胞膜上建立独特的生物界面，因为它们可以变形，但仍然可以产生局部电效应。

“生物系统是软的，如果你想设计一种针对这些组织或器官的设备，你也应该匹配它们的机械界面，”田说。“目前大多数植入物都是刚性的，这是它们可能导致炎症的原因之一。”

随着时间的推移，由这些颗粒组成的生物界面也会降解，不像金和碳这样的替代材料，田研究小组的研究生、研究合著者姜元文(音)说。这意味着，在未来的应用中，患者不必再进行第二次手术来移除颗粒。

蒋和田说，他们相信这种材料在生物医学上有很多潜在的应用，因为粒子和光可以用来激发多种类型的细胞。

图1:__ *在阿贡拍摄的透射电子显微镜图像显示了硅纳米线的蜂窝结构。(来源:Jiang et al .)*

这种微结构硅，因其纳米线的复杂内部结构而得名，是通过一种称为纳米铸造的工艺制造出来的。

为了制造尺寸在1到5微米之间的微粒，研究人员用半导体硅填充合成二氧化硅的蜂窝状结构，就像铁匠将熔化的金属倒入铸铁模具一样。然后用酸蚀刻掉外部的模具，留下一束由细桥连接的电线。

为了测试这些粒子是否可以改变细胞的行为，研究小组将样本注射到培养的大鼠背根神经节神经元上，这种神经元存在于周围神经系统中。

该团队能够使用光脉冲来加热硅颗粒，从而激活神经元，使电流流过细胞。

在传统的生物界面中，材料必须与能源相连，但由于研究人员只需要利用光来使用硅颗粒，新的系统完全是无线的。研究人员可以简单地将颗粒注射到正确的区域，并通过皮肤激活它们。

蒋说:“神经调节可以充分利用这种材料，包括它的光学、机械和热性能。”

他说，除了控制神经元可能与神经退行性疾病有关外，田实验室的研究人员已经使用了类似的材料来控制心脏细胞的跳动。

这篇论文的作者使用了来自阿贡x射线科学和化学科学与工程部门以及纳米材料中心(能源部科学用户设施办公室)的资源。

这篇论文是由自然材料6月27日，题为“脂质支持的生物电界面的异质硅介观结构”。Argonne的合著者包括Il Woong Jung, Di-Jia Liu, Xiaobing Zuo, Vincent De Andrade and Xianghui Xiao。

这项工作由空军科学研究办公室、美国国家科学基金会、塞尔学者基金会、美国国立卫生研究院和芝加哥大学启动基金资助。