基于可拉伸、自卷曲微流控電子器件的高適形性神經(jīng)接口開發(fā)

開發(fā)植入式神經(jīng)電子接口在長期腦機接口和神經(jīng)科學(xué)治療中具有重要意義。然而，由于電極-神經(jīng)界面之間的機械和幾何失配，缺乏個性化和兼容性的神經(jīng)界面仍然是外周神經(jīng)調(diào)控所面臨的重大挑戰(zhàn)。

近期，南方科技大學(xué)蔣興宇教授、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院魯藝研究員和南京醫(yī)科大學(xué)Chang Cui等人介紹了一類可拉伸和柔性電子器件作為神經(jīng)診斷和調(diào)節(jié)的自卷曲神經(jīng)接口。這些可拉伸電子器件由液態(tài)金屬-聚合物導(dǎo)體作為組件，使用分辨率可達(dá)30 μm的微流控打印技術(shù)進行制造。它們在身體運動過程中表現(xiàn)出高適形性和可拉伸性（超過600%的應(yīng)變），并且在長期植入過程中（超過8周）具有良好的生物相容性。這些可拉伸的電子器件具備對癲癇樣活動的實時監(jiān)測能力，與柔軟的腦組織具有極好的適形性。

該研究還開發(fā)了自卷曲微流控電極，該電極能夠以最小的約束（直徑160 μm）緊緊纏繞變形的神經(jīng)。迷走神經(jīng)和坐骨神經(jīng)的體內(nèi)信號記錄證明了該自卷曲袖帶電極可通過記錄動作電位和降低心率來調(diào)節(jié)坐骨神經(jīng)和迷走神經(jīng)的潛力。這項研究的發(fā)現(xiàn)表明，堅固、易于使用的自卷曲微流控電極有望為具有良好兼容性的神經(jīng)電子學(xué)和神經(jīng)調(diào)節(jié)提供有用的工具。相關(guān)工作以“Stretchable, Self-Rolled, Microfluidic Electronics Enable Conformable Neural Interfaces of Brain and Vagus Neuromodulation”為題發(fā)表在ACS Nano期刊上。

如圖1所示，科研人員將液態(tài)金屬-聚合物導(dǎo)體與微流控打印相結(jié)合，設(shè)計和制造了微流控電極陣列（MEA）。MEA系統(tǒng)由可拉伸聚合物基底上的可拉伸液態(tài)金屬電子器件和生物相容性密封劑組成，經(jīng)過液態(tài)金屬顆粒的超聲處理、液態(tài)金屬顆粒到微流控通道的微流控印刷、功能性聚合物基底的旋涂、轉(zhuǎn)移到聚合物基底的過程進行制造。

圖1 微流控電極制備

該微流控電極與大鼠的初級神經(jīng)元和腦組織表現(xiàn)出良好的生物相容性（~ 8周），并可對癲癇發(fā)作的癲癇樣活動提供可靠的實時監(jiān)測。

此外，對于周圍神經(jīng)系統(tǒng)，如迷走神經(jīng)和坐骨神經(jīng)，由于聚合物基底（直徑160 μm）的內(nèi)應(yīng)力，微流控電極陣列可以在最小約束的情況下自卷到變形的神經(jīng)上。因此，科研人員進一步證明了微流控電極陣列作為自卷曲袖帶電極在迷走神經(jīng)和坐骨神經(jīng)動作電位記錄中的潛在應(yīng)用。因此，該研究闡釋了在減少機械失配和降低神經(jīng)損傷的情況下連接腦組織和外周神經(jīng)的能力在神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)治療中的神經(jīng)記錄和電刺激方面具有廣泛的潛力。

圖2 神經(jīng)調(diào)控示意圖






審核編輯：劉清