一个 3D 多功能和灵巧的神经界面

Posted 2022-05-01 脑机接口社区

以前的研究已经发现因为身体的自然生物反应，如炎症，会随着时间的推移降低电极的电性能。那如果使用一些实用的方法在电极与大脑接触的地方局部施用抗炎药，会怎么样呢？

韩国研究团队在《Microsystems& Nanoengineering》杂志上发表的一项研究中，开发出了能够同时记录神经元活动和向植入部位输送液体药物的新型多功能的神经界面。与现有的刚性设备不同，他们的设计有一个灵活的3D结构，其中一组微针被用来收集一个区域内的多个神经信号，而薄的金属导电线将这些信号传输到外部电路。

微流控神经界面示意图.(a)柔性穿透微电极阵列(FPMA)与微流体互连电缆(µFIC)集成。(b) µFIC的截面图(沿A-A’方向)显示，由三层聚合物()组成，带有嵌入的导线和微流体通道

这项研究最引人注目的一个方面是，通过战略性地叠加和微加工多层聚合物层，科学家们成功地将微流体通道整合到与导电线平行的平面上。这些通道连接到一个小储液器(里面包含了要注射的药物)，并且可以向微针输送稳定的液体。

微流控神经界面的制造工艺流程

a用于制造FPMA的工艺和所制造的FPMA的SEM图像。b制备µFIC的工艺:其中图(b-vi)展示了µFIC的完整结构，µFIC的光学图像如图(b-vii)所示。(c-i)到(c-iii)整合FPMA、µFIC和储层的过程。(c-iv)完全组装的微流体神经界面，由μFIC、FPMA、储层和FPCB组成

该团队通过在活小鼠身上进行了相关实验来验证他们的方法，然后分析了针头周围组织中的药物浓度。研究负责人、韩国大邱庆北科学技术研究院(DGIST)的Sohee Kim教授表示:“我们设备的灵活性和功能性将有助于使其与生物组织更加兼容，并减少不利影响，所有这些都有助于延长神经接口的寿命。”

通过开发的微流体神经界面的流体输送及其在大鼠体内的植入

上图为通过开发的微流体神经界面的流体输送及其在大鼠体内的植入。其中图(a) 连续图像显示有色水输送到由 1% 琼脂糖制成的大脑模型。随着时间的推移，有色水扩散到琼脂糖中。(b)展示了 通过微流体神经界面的流速，作为压力的函数。红点和误差条分别代表平均值和标准偏差，而黑线代表线性拟合。图(c) 定制设计的头帽和 (d) 植入受头帽保护的微流体神经界面的大鼠的照片。(比例尺:5 mm)

耐用的多功能神经界面的开发对多个学科都有影响。研究人员Yoo Na Kang 博士表示：“我们的设备可能适用于脑机接口，使瘫痪的人能够用他们的思想移动机器人的手臂或腿，并用于多年来使用电和/或化学刺激治疗神经系统疾病。”

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