類蚊口器的仿生神經(jīng)探針實(shí)現(xiàn)硬腦膜外微創(chuàng)植入

近日，中科院上海微系統(tǒng)所傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用微納加工技術(shù)制備了一種類蚊口器的仿生神經(jīng)探針，能夠穿透硬腦膜實(shí)現(xiàn)多腦區(qū)微創(chuàng)植入，可感知植入過程中顱內(nèi)血管的存在并提供損傷預(yù)警，并可實(shí)現(xiàn)大腦神經(jīng)信號(hào)的術(shù)后即時(shí)采集和長期穩(wěn)定跟蹤。相關(guān)研究成果以“A mosquito mouthpart-like bionic neural probe”為題于2023年7月12日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Microsystems & Nanoengineering上。

具有高分辨率的侵入式神經(jīng)電極陣列在基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究與神經(jīng)系統(tǒng)疾病診治中都具有廣泛的應(yīng)用潛力。柔性電極陣列可以更好提升與顱內(nèi)組織的機(jī)械順應(yīng)性，具有更突出的在體安全性與長期記錄性能。常用柔性神經(jīng)電極在植入過程中面臨以下風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)：（1）輔助植入裝置缺乏不同目標(biāo)腦區(qū)植入位置的可調(diào)整能力；（2）植入前對(duì)硬腦膜組織的手術(shù)切除易導(dǎo)致組織損傷和術(shù)中感染等風(fēng)險(xiǎn)；（3）深部腦組織中復(fù)雜的血管分布會(huì)增加植入血管損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)以上挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)受蚊子口器解剖結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種類蚊口器的仿生神經(jīng)探針，采用硬質(zhì)梭針撐開結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)植入，后用柔性電極精準(zhǔn)采集信號(hào)。該探針由128通道柔性神經(jīng)陣列、穿梭針植入模塊和觸覺傳感器組成。穿梭針植入模塊具有亞微米級(jí)的銳利尖端，允許將柔性電極探針精確、微創(chuàng)地植入目標(biāo)腦組織，無需硬腦膜移除，且長度可調(diào)的穿梭針可適應(yīng)不同腦區(qū)。觸覺傳感器陣列可實(shí)現(xiàn)高靈敏度區(qū)分不同顱內(nèi)組織，可作為早期預(yù)警，避免進(jìn)一步的血管損傷。實(shí)驗(yàn)表明，該探針可以在植入后12小時(shí)內(nèi)采集到多個(gè)高質(zhì)量單神經(jīng)元精度的spikes神經(jīng)信號(hào)，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)集群神經(jīng)元活動(dòng)16周以上的穩(wěn)定追蹤。分布式跨腦區(qū)的神經(jīng)信號(hào)定位采集、出色的術(shù)后急性記錄性能、長期穩(wěn)定的神經(jīng)信號(hào)追蹤性能，表明了類蚊口器的仿生神經(jīng)探針具備在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域和腦病治療方面有很大的應(yīng)用前景。

該論文的第一通訊單位為中科院上海微系統(tǒng)所，周渝博士、楊會(huì)然博士為該論文的共同第一作者，通訊作者為陶虎研究員和魏曉玲研究員。該研究工作得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目、上海市級(jí)重大專項(xiàng)、中科院上海分院基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃、上海浦江人才項(xiàng)目、上海市高水平地方高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、江西省03專項(xiàng)及5G項(xiàng)目、廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項(xiàng)資金等相關(guān)研究計(jì)劃的支持。

審核編輯：劉清