这种生物相容性、水溶性的装置通过柔软地包裹神经来传递精确、有针对性的冷却，使神经麻木，并阻断向大脑发出的疼痛信号。外部泵使用户能够远程激活设备，然后增加或减少其强度。在不再需要该设备后，它会自然地吸收到身体中，无需手术取出。

研究人员认为，这种设备对那些接受常规手术甚至需要术后药物治疗的截肢患者最有价值。外科医生可以在手术过程中植入该装置，以帮助控制患者的术后疼痛。

这项研究发表在7月1日的《科学》(Science)杂志上。本文描述了该装置的设计，并在动物模型上演示了其功效。

西北大学的约翰·A·罗杰斯(John A. Rogers)领导了该设备的开发，他说:“虽然阿片类药物非常有效，但它们也非常容易上瘾。作为工程师，我们被不使用药物治疗疼痛的想法所激励，这种方法可以立即打开和关闭，用户可以控制缓解的强度。这里报道的技术利用了一些机制，与那些导致你的手指在寒冷时感到麻木的机制有一些相似之处。我们的植入物可以通过可编程的方式，直接和局部地对目标神经，甚至周围软组织深处产生这种效果。”

作为生物电子学的先驱，Rogers是麦考密克工程学院和西北大学范伯格医学院材料科学与工程、生物医学工程和神经外科教授。他也是Querrey Simpson Institute for Bioelectronics的创始董事。Rogers实验室的前博士生乔纳森·里德(Jonathan Reeder)是这篇论文的第一作者。

它是如何工作的

虽然这款新设备听起来像是科幻小说，但它利用了一个大家都知道的简单而常见的概念:蒸发。与蒸发汗水冷却身体的原理类似，该设备含有一种液体冷却剂，可以在感觉神经的特定位置诱导蒸发。

该研究的合著者、圣路易斯华盛顿大学医学院的Matthew MacEwan博士说:“当你给神经降温时，通过神经传递的信号会变得越来越慢，最终完全停止。我们特别针对周围神经，这些神经将你的大脑、脊髓和身体的其他部分连接起来。这些神经负责传达感官刺激，包括疼痛。通过向一两根目标神经提供冷却效果，我们可以有效地调节身体某个特定区域的疼痛信号。”

为了诱导冷却效果，该装置包含微小的微流体通道。一个通道包含液体冷却剂(全氟戊烷)，它已经被临床批准作为超声造影剂和加压吸入器。第二通道含有惰性气体固态氮。当液体和气体流入一个共用的腔室时，会发生一种反应，导致液体迅速蒸发。同时，一个微型集成传感器监测神经的温度，以确保它不会太冷，否则会导致组织损伤。

Rogers说:“过度冷却会损害神经及其周围脆弱的组织。因此，冷却的时间和温度必须精确控制。通过监测神经的温度，可以自动调整流速，以一种可逆的、安全的方式阻止疼痛。目前正在进行的工作旨在确定整个过程保持完全可逆的时间和温度阈值。”

精密功率

虽然其他冷却疗法和神经阻滞剂已经在实验中进行了测试，但新设备都克服了这些局限性。之前，研究人员曾探索过冷冻疗法，例如，用针注射。这些不精确的方法不是针对特定的神经，而是冷却大面积组织，可能会导致组织损伤和炎症等不良影响。

西北大学的微型设备最宽处只有5毫米宽。一端卷曲成袖口，柔软地缠绕在单一的神经上，不需要缝合。通过精确地瞄准受影响的神经，该设备避免了周围区域不必要的冷却，这可能会导致副作用。

“你不想无意中冷却其他神经或组织，这些神经或组织与传递疼痛刺激的神经无关，”MacEwan说。“我们想要阻断疼痛信号，而不是控制运动功能和使你能够使用你的手的神经。”

之前的研究人员也曾探索过使用电刺激来抑制疼痛刺激的神经阻滞剂。这些也有局限性。

MacEwan说:“你不可能在不激活神经的情况下，通过电刺激来关闭神经。这可能会导致额外的疼痛或肌肉收缩，从患者的角度来看，这并不理想。”

这项新技术是Rogers实验室的第三个生物可吸收电子设备的例子，该实验室在2012年引入了瞬态电子的概念，发表在《科学》杂志上。2018年，Rogers、MacEwan和同事展示了世界上第一个生物可吸收电子设备——一种加速神经再生的生物可降解植入物，发表在《自然医学》杂志上。然后，在2021年，Rogers和同事介绍了瞬变起搏器，发表在《自然生物技术》上。

该设备的所有组件都具有生物相容性，可以在几天或几周内自然地吸收到人体的生物体液中，而不需要手术取出。这种生物可吸收装置是完全无害的——类似于可吸收缝线。

在一张纸的厚度，柔软，弹性神经冷却装置是理想的治疗高度敏感的神经。

Rogers说:“如果你考虑到软组织、脆弱的神经和不断运动的身体，任何接口设备都必须具有轻松、自然地弯曲、扭曲和拉伸的能力。此外，你会希望这种设备在不再需要后就消失，以避免手术切除的微妙和危险的过程。”

Jonathan T. Reeder, Zhaoqian Xie, Quansan Yang, Min-Ho Seo, Ying Yan, Yujun Deng, Katherine R. Jinkins, Siddharth R. Krishnan, Claire Liu, Shannon McKay, Emily patnaude, Alexandra Johnson, Zichen Zhao, Moon Joo Kim, Yameng Xu, Ivy Huang, Raudel Avila, Christopher Felicelli, Emily Ray, Xu Guo, Wilson Z. Ray, Yonggang Huang, Matthew R. MacEwan, John A. Rogers. Soft, bioresorbable coolers for reversible conduction block of peripheral nerves. Science, 2022; 377 (6601): 109