宾汉姆顿大学托马斯·J·沃森工程与应用科学学院生物医学工程系助理教授饶思源研究了生物电子设备如何与大脑和神经系统接口。她和她的团队最近在《自然通讯》上发表了一篇论文，介绍了一种含有导电碳纳米管的水凝胶电极，用于监测神经活动。当集成到生物电子设备中时，该水凝胶能够记录来自小鼠脊髓神经元和腿部肌肉的电信号。
“如果你在柔软的组织中使用一种刚性材料，尤其是在运动过程中，它会造成很多损伤，”饶思源说。“我们的技术解决了这一根本问题，因此我们可以从脊髓中捕捉单个细胞的活动，并长时间保持设备的功能。”
参与这项研究的还有讲师黄思哲（Ph.D. '24）、助理教授王千斌、副教授卢法克（Fake "Frank" Lu）、硕士生萧若柏 '24 和林晨 '24、研究技师张根浩、博士生洪恩智、吴卓尔和古普塔（Shovit Gupta），以及来自马萨诸塞大学、德克萨斯大学、密歇根州立大学、麻省理工学院和波士顿儿童医院的合作者。
研究中使用的水凝胶由一种合成塑料聚合物制成，无毒、具有良好的生物相容性和高吸水能力。饶思源之前曾研究过类似的水凝胶，利用光传输来抑制疼痛。
“你可以想象它就像一个海绵，里面充满了水和导电材料，即纳米碳管，因为它们非常小，肉眼看不见，”黄思哲说。“这些导电纳米材料填充了三维网络中的自由空间。”
尽管她之前的工作主要集中在大脑上，但饶思源希望她和她的团队能够利用他们在软材料工程方面的想法来回答有关脊髓系统的问题。
“我们正在增强我们覆盖神经系统多个区域的能力，”她说。“最终，我们希望能够拥有一个有效的工具来探测身体的不同部位以及中枢神经系统和周围神经系统之间的因果联系。”
黄思哲在他的博士研究中领导了这篇论文，并相信他在指导本科生和硕士生的过程中成长为一名领导者。
“这就像是我们在开车，”他说。“我在驾驶座上，所有的硕士生是我的乘客——但他们不只是坐在车里。他们也做出了贡献，比如有人负责看地图告诉我方向，或者我告诉他们方向。这就是我们的工作方式。”
下一个挑战是研究脊髓区域的疼痛抑制和运动功能恢复。
“我们特别想看看控制自主运动的腹角运动神经元，”饶思源说。“我们将基于过去的研究，利用光来实现疼痛抑制，然后使用这种新的导电材料来拾取电生理信号。”
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