神经突触网络是大脑处理感知觉信息和学习影象的根本。细胞外基质中的化学和物理旗子暗记辅导着神经轴突与其他细胞形成突触连接。理解这些旗子暗记之间的相互浸染，可以进一步明确大脑发育和神经功能回路形成的机制，从而为设计生物质料和神经假体支架供应依据。
通过利用特定的外部化学或物理旗子暗记，可以掌握神经元在人造基质的表面成长。神经突触的这种辅导性成长，被认为是由细胞骨架中的各种跨膜蛋白和机器敏感性离子通道介导。
然而，之前研究中所用的体外培养材料大多为微米级别，限定了神经细胞的成长形态，神经元之间能够形成的突触连接也十分有限。为了更好地理解影响神经元成长的基质环境，有必要使神经细胞无拘无束地成长，使其机器感应能力更自然地发挥。因此，可将培养材料缩小到纳米级，以便更好地研究神经细胞对空间构型的感知等。
纳米线作为一类纳米级的构造材料，已被用于神经细胞的体外培养，它能够固定神经元，勾引神经轴突成长，记录神经细胞膜内外的活动。个中，半导体纳米线通过与电子电路的整合，在刺激和记录细胞电生理活动方面有其不可取代的上风。
近期，澳大利亚国立大学的研究职员开拓了一种材料——有着眇小纳米线阵列的半导体晶片。纳米线作为支架，能够勾引神经细胞成长，使神经细胞形成可预测的神经回路。
该支架供应了一个小型平台，可以用来研究脑神经细胞的成长机制，神经细胞之间如何进行连接互通，以及单个神经细胞或小型神经细胞网络对外部环境刺激的反应机制。
图 | 纳米线阵列上成长的神经元和神经轴突的扫描电镜图像
这项研究证明了纳米线没有细胞毒性，可被用作啮齿动物脑海马和皮质区域神经细胞体外培养的支架。沿着垂直排列的纳米线阵列，不同神经元的神经突触能够向各个方向成长。
纳米阵列的外界机器刺激能够使神经细胞改变相应的旗子暗记转导通路，达到勾引神经突触成长的目的。这些成分都增加了神经元之间形成突触连接的可能。而且，纳米线阵列上成长的神经细胞网络显示出了同步的钙离子活性，表明了神经细胞可以通过突触连接进行细胞间通讯。
图 | 皮质神经元轴突或树突的成长依赖纳米线阵列的排布。虚线方块表示纳米线阵列区
该项研究中纳米线阵列的利用，将为设计机器—组织界面的工程研究供应依据。结合纳米线精良的光电性子，也可用于感测和刺激大脑中神经细胞活动。
利用这类纳米线来操控神经元成长，将是制造纳米级组织工程材料的主要一步，有利于实现再生医学中修复脑损伤以及干系神经假体的运用。
