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雙光子灰度光刻技術(shù)推進(jìn)神經(jīng)微探針研究進(jìn)程

閱讀:274        發(fā)布時(shí)間:2024/6/20
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雙光子灰度光刻技術(shù)推進(jìn)神經(jīng)微探針研究進(jìn)程



澳大利亞迪肯大學(xué)的Abbas Z. Kouzani課題組在Biomedical Microdevices上發(fā)表了論文,設(shè)計(jì)了一種自硬化柔順的皮層內(nèi)微探針,旨在解決傳統(tǒng)神經(jīng)微探針在植入和使用過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)。


神經(jīng)微探針在腦功能、腦疾病和腦機(jī)接口研究中發(fā)揮著重要作用。為了實(shí)現(xiàn)高精度的腦記錄和刺激,皮層內(nèi)微探針需要植入大腦深處。然而,由于神經(jīng)組織和植入的固定微探針之間的彈性模量差異較大,由生理和行為運(yùn)動(dòng)引起的大腦微運(yùn)動(dòng)會(huì)在手術(shù)過(guò)程中損傷周?chē)纳窠?jīng)組織。這種組織損傷會(huì)激活大腦的免疫系統(tǒng),進(jìn)而影響微探針的功能,并可能在數(shù)周或數(shù)月內(nèi)導(dǎo)致其隔離和失效。



雙光子灰度光刻技術(shù)推進(jìn)神經(jīng)微探針研究進(jìn)程


為了解決上述問(wèn)題,研究人員嘗試使用彈性模量接近大腦的柔性微探針。然而,柔性微探針在插入過(guò)程中容易彎曲,導(dǎo)致插入失敗。為了解決這個(gè)問(wèn)題,目前大多數(shù)研究集中在使用插入梭或生物可溶性涂層來(lái)臨時(shí)硬化柔性皮層內(nèi)微探針。然而,這些方法存在一些問(wèn)題,例如無(wú)法調(diào)整微探針與腦脊液接觸后的溶解時(shí)間,以及在過(guò)早失去硬度后無(wú)法恢復(fù)硬度,這可能影響定位精度。


本文提出的自硬化柔順皮層內(nèi)微探針旨在克服現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)。該微探針包含兩個(gè)可壓縮結(jié)構(gòu),使其在手術(shù)過(guò)程中適應(yīng)大腦,在插入過(guò)程中保持硬度。通過(guò)插入器施加的壓縮力可以壓縮這兩個(gè)可壓縮結(jié)構(gòu),從而增加等效彈性模量。因此,可以在硬和軟模式之間進(jìn)行即時(shí)切換,以確保高精度定位,同時(shí)最大限度地減少組織損傷。



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與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)相比,本文提出的微探針具有以下創(chuàng)新點(diǎn):雙可壓縮結(jié)構(gòu),通過(guò)增加第二個(gè)可壓縮結(jié)構(gòu),微探針在手術(shù)過(guò)程中的等效彈性模量降低,從而減少了大腦縱向運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生的最大應(yīng)變;自硬化機(jī)制,利用插入器施加的軸向壓縮力,微探針可以在軟硬模式之間進(jìn)行即時(shí)切換,從而在插入過(guò)程中保持硬度,在手術(shù)過(guò)程中保持柔順性;采用雙光子聚合技術(shù)(2PP)和生物相容性樹(shù)脂IP-S,通過(guò)Nanoscribe Photonic Professional GT2 3D打印機(jī)制造微探針,實(shí)現(xiàn)了高分辨率和光滑表面的制造,使其適用于與生物組織相互作用的應(yīng)用。

本文提出的自硬化柔順皮層內(nèi)微探針通過(guò)模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在插入和操作過(guò)程中的性能。結(jié)果表明,該微探針具有高抗彎曲性,并且在手術(shù)過(guò)程中對(duì)周?chē)窠?jīng)組織的損傷較小。這項(xiàng)研究為開(kāi)發(fā)更安全、更有效的皮層內(nèi)微探針提供了新的思路。



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值得一提的是,由于缺乏動(dòng)物模型,本研究未能提供體內(nèi)測(cè)試結(jié)果來(lái)驗(yàn)證微探針在操作過(guò)程中的性能,這可能會(huì)對(duì)研究結(jié)果的可靠性產(chǎn)生一定影響。



相關(guān)文獻(xiàn)及圖片出處

doi.org/10.1007/s10544-024-00700-7


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