碳納米管紗線能夠用於神經上的電療法和診斷
攝入或注射的藥物可以把參與疾病過程的特定分子作為目標，但是要分布在全身各處，因為它們可能導致不必要的副作用。 一種被稱為電療法的方法目的是通過使用小電線來電監控和操縱控制器官功能並攜帶關於疾病的信息的單個神經，從而避免系統暴露。 儘管電療法有前景，但由於缺乏生物相容性的電線，開發長期治療方案一直是頗具挑戰性的。
現在，生物醫學影像學與生物工程學研究所資助的研究已經將碳納米管紡成靈活的，神經大小的電線或紗線，能夠在活體動物中實現高保真度的長期連接。 這些生物相容性紗線的開發為通過在單一神經水平上調節內部器官功能打開了新的生物電診斷和治療的可能性。
單個碳納米管從基底上拉出來並紡成柔性碳納米管紗線。 （NPG）
身體的所有器官，如心臟，肺，肝臟和腎臟，都由從腦幹延伸到每個器官的神經自動控制的。這些神經控制器官的功能，如心跳，呼吸頻率和血壓等，並根據環境和生理變化進行持續調整。大腦這個區域的電活動變化，也稱為自主神經系統，也可能是疾病發展的預測因素，指標或原因。
「監測和操縱自主神經系統以了解和潛在治療疾病一直是一種有趣而尚未解決的藥物治療方法。」 NIBIB康復工程和植入式醫療設備項目主任Michael Wolfson博士解釋說，「這主要是由於能夠將電線插入神經的技術限制，這些神經可以在長時間和不同生理條件下可靠且安全地記錄的電子活動。」
在雜誌Scientific Reports（"Chronic interfacing with the autonomic nervous system using carbon nanotube (CNT) yarn electrodes"）中報道的一項研究，位於俄亥俄州克利夫蘭凱斯西儲大學的生物工程師描述了高度靈活的碳納米管（CNT）絲電極的發展，這些電極能夠在大鼠的自主神經系統的主要神經中進行長達數月的電子記錄。
從本質上來說，CNT紗線就是由成百上千的碳納米管「森林」製成的紗線，這些碳納米管從生長在其上的金屬表面被拉出來，然後製成一種高度柔韌的、高度導電的，是人類頭髮的1/100的金屬絲。
( NPG) 圖片為碳納米管紗線纏繞在一根鎢針上以插入到神經中。紗線的卷繞使其在針撤回後保持穩固地嵌入神經中。實際的針和紗線（頂部）。圖顯示了紗線如何纏繞在針上以便插入（下圖）。 （NPG）
目前用於記錄來自神經的電信號的技術包括相對較大的堅硬的鎢針，神經病學家用它來從患者的單個神經中讀取數小時的讀數，但必須在引起持續神經損傷之前將其移除。其他線電極技術可以記錄短時間內的神經信號，但由於它們的尺寸和剛性機械特性，它們不適合在小神經上進行長期記錄。
「目前可用的電極技術與神經的機械性能根本不匹配，」Case Western生物醫學工程教授及碳納米管（CNT）紗線工作高級研究員Dominique Durand博士解釋說， 「有了這些類型的電極，通常就像將玻璃粘在義大利麵條上。我們的碳納米管紗線的尺寸和靈活性與實際神經相似。這些特性使它們可以悄悄地插入特定的神經並在那裡停留數月，而不會破壞組織或誘導免疫系統的攻擊。」
碳納米管紗線的生物相容性以及其攜帶比現有技術強10倍的電信號的突出能力，使其成為長期記錄特定神經信號的理想選擇。最後，由於無損傷的神經能保持周圍的軸突完整，這有助於消除背景噪音。因此，碳納米管紗線具有出色的信噪比（SNR），這對於這類研究是至關重要的。
該小組測試了大鼠自主系統中兩個主要神經中的CNT紗線。一項研究涉及迷走神經，它貫穿整個身體連接到許多器官。總所周知，神經控制和監測一系列功能，包括心率，消化道運動，出汗和免疫反應。
CNT紗線電極也插入舌咽神經中。神經與許多器官相連，包括頸動脈，耳朵，舌頭和唾液腺部分，這些部位與吞咽有關。
圖片是碳納米管紗線嵌入大鼠的迷走神經中。（NPG）
在這兩種神經中，穩定電活動的記錄保持10周以上。監測神經活動的脈衝的同時動物對生理學挑戰作出反應。其中的挑戰包括用生理鹽水使大鼠胃脹大，以及大鼠處於低氧環境的持續時間短。在每種情況下，由挑戰誘導的生理變化導致在整個10周的實驗期間使用CNT紗線植入物記錄的電活動易於檢測到的變化。
「雖然這是早期的研究，但我們相信這一結果表明，該技術可用於可靠的長期生理功能電氣監測，」杜蘭德說，「這是通過控制患病器官功能的神經來追蹤監測疾病進展的重要一步。」
Durand解釋說，我們的目標是要了解什麼樣的電子特徵或圖形指示疾病發展，並將其用於早期干預，可能通過電刺激或甚至阻斷神經。例如，針對嚴重高血壓的一種治療是切斷腎神經。這顯然是不可逆轉的。Durand解釋說，CNT紗線電極可用於阻斷神經衝動而不切斷神經，使治療過程可逆。
該組織還對這種記錄方法改進修復學的潛力感到興奮。「當一隻手臂被截肢時，還有數萬個神經元，」 Durand說，「這種方法是將CNT紗線插入單獨的神經中，並記錄個體認為移動缺失手臂時產生的電信號 - 實質上是學習由移動手臂意圖形成的電信號。」終極目標是開發能夠將這些電信號轉化為用戶更好地控制假體的神經介面。
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