微電流治療的未來:磁電推動,微創植入

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新研發的神經電刺激裝置,體積小如一粒米。 圖片來源:Jeff Fitlow/Rice University

以電池推動的微型神經電刺激器,是治療癲癇症、紓緩柏金遜症症狀的常見儀器。科學界已就相關療效作出不少研究,證明其或對抑鬱症、強迫症、慢性痛症、以及痛症導致的焦慮症及鴉片類藥物依賴,有一定幫助。

不過,現下的神經電刺激儀器大多以電池推動,外形笨重之餘,往往要開刀植入;近日,美國萊斯大學(Rice University)團隊就研發出一種以磁力推動的微型神經電刺激器,除了不必外接電池、植入過程亦能微創完成,有望令微電流療法變得普及又輕易。

為了研發無線神經電刺激裝置,研究團隊曾經考慮不同選項:無線電波、超聲波、光學、電磁線等,唯這些技術會過熱或影響其他身體組織運作。成員 Singer 因而發明一種新式磁電物料,能夠把磁力直接轉換成電能,暫未見會對身體造成干擾。物料首層由鐵、硼、矽、碳組成,當處於磁場中,分子就會震動;而第二層的壓電晶體(piezoelectric crystal),則會直接把這種機械壓力轉化為電壓輸出。

雖然此磁電物料能產出大量能量,但過強的頻率並未能有效刺激細胞;而要在成功刺激神經元的同時,不為其帶來負面影響,亦是一門學問。團隊就靠電路控制電壓,以確保其功效和現有儀器相同。原理就有如 AM 廣播服務:收音機能有效把高頻率的大氣電波轉化為耳朵聽得見的聲波,而裝置中的電路則能控制電壓水平。

由於此為全新技術,市面上並無相關配件可供購買,研究員必須由零開始建立硬件。在甫發佈研究結果時,團隊仍未找出把裝置縮小的方式。在發佈後,經過 1 年努力,他們才製作出結構微細且性能良好的新裝置。目前成品大小如一粒米,植入過程與放置心血管支架的微創手術差不多。為了測試醫學應用的可行性,研究員把裝置植入清醒的老鼠身上,發現牠們之後仍然能在籠裡行走自如。

從得出理論到實踐,整個研發過程花費超過 5 年。團隊表示,新技術令植入、使用過程變得更簡便,有望令更多病人受惠於神經電刺激療法。