“消滅”疼痛？大連理工大學又出新成果

近日，大連理工大學寧波研究院解兆謙教授與美國西北大學John A. Rogers教授、俄勒岡大學Jonathan T. Reeder助理教授課題組合作，發明了一種生物可吸收的柔性微流控設備。其通過液體汽化冷卻實現了對神經傳導的阻滯，并且可以用于替代阿片類止痛藥，達到無損傷的精準鎮痛效果。相關研究成果發表于《科學》(Science)。

疼痛是臨床中需要特別關注的問題之一。通過局部冷卻形成可逆性神經阻滯，不僅可以達到按需消除疼痛的效果，而且能夠完全避免服用阿片類藥物以及其他鎮痛劑所帶來的副作用。傳統的局部冷卻技術需要借助大型醫療設備并在特定環境下實施，往往很難達到精準的冷卻效果，在實際應用中存在著很大的局限性。

針對上述問題，研究團隊設計了一種柔性、自纏繞（免縫合）、生物可吸收的周圍神經冷卻微流控設備，其能夠在活體組織的任意深度提供精準、微創的冷卻效果。該柔性設備集成了微流控系統與電路系統，通過控制該設備微流控系統中輸入流體的流速與流量，并借助全氟戊烷液體的汽化吸熱，實現了在特定部位提供精準且持續的冷卻效果。而將具有蛇狀形貌的鎂線溫度傳感器分布在該設備末端，通過傳感器電阻變化實時獲得溫度反饋，成功實現了對溫度的精確監控。同時，具有預拉伸的多層結構力學設計使得該設備可以形成自卷曲結構，無需縫合便可緊密貼附至需要冷卻的神經表面并可形成良好的力-熱交界面。該設備完全由水溶性材料構成，可依據個性化需求在規定的時間段內溶解于皮下組織的生物流體中。這避免了額外的拆除手術給病人帶來的痛苦，可以很好地滿足患者在長時段內的鎮痛需求，相比現有技術和產品具有顯著優勢。

基于微流體、可精準阻滯神經的生物可吸收柔性冷卻器（大連理工大學供圖）

基于結構力學、傳熱學仿真分析，研究團隊開展了結構和溫控優化設計。該設備還實現了神經組織的精準無損冷卻，有效阻滯了痛覺傳導。

冷卻區域的有限元模擬與實驗（大連理工大學供圖）

相關動物實驗證實，該設備能在短時間內實現低溫調控，并且能夠很好地抑制神經活動。長期觀察表明，復溫后神經活動迅速恢復正常，且不會產生任何副作用。該設備同樣可對自由活動的動物模型提供優異的按需鎮痛效果。通過對動物模型進行相關組織學分析發現，該設備袖帶在植入人體6個月后仍能與神經緊密接觸，顯示了極其優越的力學性能。同時，生物實驗也驗證了該設備具有很好的生物相容性與可吸收性。

冷卻誘導神經阻滯和鎮痛的實驗情況（大連理工大學供圖）

該工作首次展示了生物可吸收的植入式微型柔性冷卻器在神經阻滯疼痛方面的成功應用，對未來基于柔性醫學器件的疼痛管理研究具有非常重要的指導意義。