釜山國(guó)立大學(xué)研究人員使用3D打印模具生產(chǎn)具有3D微結(jié)構(gòu)的神經(jīng)接口
時(shí)間：2025-02-28 10:41 來(lái)源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導(dǎo)讀：神經(jīng)接口對(duì)于恢復(fù)和增強(qiáng)受損的神經(jīng)功能至關(guān)重要，但目前的技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)與柔軟彎曲的神經(jīng)組織的緊密接觸。
2025年2月27日，南極熊獲悉，來(lái)自釜山國(guó)立大學(xué)的研究人員提出了一種一步式微電熱成型 (μETF)方法，創(chuàng)建具有 3D 微結(jié)構(gòu)的柔性神經(jīng)接口。他們的研究結(jié)果表明，這種方法可以改善神經(jīng)記錄和刺激，并有可能應(yīng)用于人工視網(wǎng)膜設(shè)備和腦機(jī)接口。
微電極陣列 (MEA)被廣泛用于記錄大腦活動(dòng)和刺激神經(jīng)組織。然而，傳統(tǒng)的 MEA 通常是扁平的，這限制了它們與神經(jīng)結(jié)構(gòu)自然曲線的貼合能力�，F(xiàn)有的添加 3D 特征的方法需要多個(gè)制造步驟，這增加了復(fù)雜性并限制了設(shè)計(jì)可能性。
為了克服這些限制，由副教授 Joonsoo Jeong 和副教授 Kyungsik Eom 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了 μETF技術(shù)，靈感來(lái)自塑料熱成型，這是一種將塑料片模制成不同形狀的常用技術(shù)。研究成果以題為“Microelectrothermoforming (μETF): one-step versatile 3D shaping offlexible microelectronics for enhanced neural interfaces”的論文發(fā)表在《npj Flexible Electronics》雜志上。
Jeong 博士表示：“這項(xiàng)研究的靈感源自對(duì)外賣咖啡杯塑料蓋的簡(jiǎn)單觀察。我意識(shí)到這種塑性成型方法可以在微觀層面應(yīng)用，為神經(jīng)電極創(chuàng)建 3D 結(jié)構(gòu)。”
μETF 方法包括加熱嵌入微電極的薄而柔韌的聚合物片，并壓在 3D 打印模具上。研究人員使用液晶聚合物 (LCP) 作為基材，因?yàn)樗哂袡C(jī)械強(qiáng)度、生物相容性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。基于上述過(guò)程可形成精確的凸起和凹陷結(jié)構(gòu) - 增強(qiáng)電極與目標(biāo)神經(jīng)元的接近度，同時(shí)保留電性能。與傳統(tǒng)的微加工方法不同，μETF 簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，并允許在單個(gè) MEA 內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的 3D 結(jié)構(gòu)，包括井、圓頂、墻壁和三角形特征。
△LCP MEA 的一步式 μETF，用于創(chuàng)建微觀凸起和凹陷的 3D 結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)神經(jīng)接口：a通過(guò) 3D 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)局部神經(jīng)接口的優(yōu)勢(shì)（例如，降低閾值和通道間干擾）。b μETF 工藝示意圖，將 3D 模具的 3D 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到平面 LCP MEA 上。c后續(xù)微熱成型和宏熱成型工藝的橫截面圖，用于實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)細(xì)胞的高度接近性和與周圍組織的順應(yīng)性。d LCP MEA的示意圖（上行）和照片（下行）（i）μETF 之前，ii）突出或 iii) 凹陷 80 μm 高度的 μETF 之后，和 (iv) 宏 ETF 之后以適應(yīng)眼球曲率。比例尺：1 毫米。e μETF LCP MEA 的 (i) 平面、(ii) 80 μm 突出和 (iii) 80 μm 凹陷電極部位的 SEM 圖像和 f) 橫截面圖像。比例尺：100 μm。g突出（頂部）和凹陷（底部）電極位置的光學(xué)輪廓。
△通過(guò)一步 μETF 工藝創(chuàng)建的具有多種形狀和高度的多功能 3D 結(jié)構(gòu)。
在一項(xiàng)概念驗(yàn)證研究中，釜山國(guó)立大學(xué)的研究人員應(yīng)用 μETF 開(kāi)發(fā)了一種 3D MEA，專門針對(duì)盲人患者的視網(wǎng)膜刺激進(jìn)行了優(yōu)化。計(jì)算模擬和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)平面電極相比，3D 電極可將刺激閾值降低 1.7 倍，并將空間分辨率提高 2.2 倍。Eom 博士說(shuō)：“我們的 3D 結(jié)構(gòu)使電極更接近目標(biāo)神經(jīng)元，使刺激更加高效和精確。”除了視網(wǎng)膜刺激之外，研究人員還發(fā)現(xiàn) μETF 可用于各種神經(jīng)接口，包括大腦、脊髓、耳蝸和周圍神經(jīng)。該方法能夠創(chuàng)建各種 3D 結(jié)構(gòu)（包括孔、圓頂、墻壁和三角形特征），從而能夠針對(duì)不同的神經(jīng)環(huán)境定制電極設(shè)計(jì)。
這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)有希望的未來(lái)用途是腦機(jī)接口 (BCI)，它可以幫助癱瘓患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力。通過(guò)在運(yùn)動(dòng)皮層植入 3D 神經(jīng)電極陣列，可以解碼神經(jīng)信號(hào)并轉(zhuǎn)化為物理動(dòng)作，例如控制機(jī)械臂或輪椅，就像Neuralink 等公司正在做的那樣。
μETF 的多功能性不僅限于神經(jīng)接口。研究團(tuán)隊(duì)正在探索在可穿戴電子產(chǎn)品、類器官研究和芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中的潛力，在這些系統(tǒng)中，精確的 3D 微結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)設(shè)備功能。下一步包括改進(jìn)制造技術(shù)，以用于更廣泛的醫(yī)療應(yīng)用。μETF 能夠增強(qiáng)神經(jīng)記錄和刺激并簡(jiǎn)化制造，代表了神經(jīng)假體技術(shù)和神經(jīng)康復(fù)治療的重大進(jìn)步。
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