【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，廈門大學柔性電子(未來技術(shù))研究院謝瑞杰助理教授聯(lián)合中國科學院劉志遠研究員團隊、徐天添研究員團隊及東華大學嚴威教授團隊在動態(tài)神經(jīng)蠕蟲電極研究中取得重大進展，相關(guān)成果以“A movable long-term implantable soft microfibre for dynamic bioelectronics”為題發(fā)表在Nature期刊上。
 

　　神經(jīng)電極作為連接生物神經(jīng)系統(tǒng)與外部電子器件的關(guān)鍵界面，在腦機接口、神經(jīng)調(diào)控及智能人機交互等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應用價值。植入式神經(jīng)電極能夠?qū)崿F(xiàn)對肌電、腦電等生物電信號的高精度三維時空檢測，為神經(jīng)信息解碼提供了更豐富的信號來源。然而，該類電極在實際應用中仍面臨兩大關(guān)鍵挑戰(zhàn)。一是長期植入的穩(wěn)定性問題，現(xiàn)有電極在植入過程對組織損傷較大。電極植入后，其與組織較大的機械性能差異，會持續(xù)引發(fā)免疫排異反應，從而在電極周圍形成纖維包裹層，降低電極的監(jiān)測性能。其次，植入后電極的位置調(diào)控面臨技術(shù)瓶頸?，F(xiàn)有技術(shù)中，電極位置調(diào)整往往需要通過二次手術(shù)實現(xiàn)，這不僅增加了手術(shù)風險，還會造成額外的組織創(chuàng)傷，需要尋求新的微創(chuàng)調(diào)整策略。
 

神經(jīng)蠕蟲電極的制備策略及長期植入穩(wěn)定性能
 

　　針對上述問題，研究團隊首先提出了微創(chuàng)植入式神經(jīng)蠕蟲電極的制備策略。通過對厚度為百納米的薄膜電極導電圖案設(shè)計為“C”及“L”形，之后將其卷曲得到纖維器件，在此過程中，“C”形圖案在纖維上形成電生理傳感位點及連接位點，相鄰的“L”形圖案部分重疊形成電容型應力傳感器。采用此策略，研究團隊在一根纖維上實現(xiàn)了60通道電極的集成。所制備纖維器件可以縫合進肌肉實現(xiàn)微創(chuàng)植入，植入創(chuàng)口僅為200微米，并在43周內(nèi)實現(xiàn)肌電信號的高質(zhì)量穩(wěn)定監(jiān)測。植入57周后，其表面膠原纖維包裹層厚度小于23微米，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性與生物兼容性。
 

　　纖維器件制備過程中，在其端部制備磁性頭部，實現(xiàn)神經(jīng)蠕蟲的制備。器件植入后，可以在外部磁場的引導下，微創(chuàng)移動至所需位點，實現(xiàn)特定部位電生理信號的監(jiān)測。電極可以在大腦皮層及深腦中進行移動，并在不同部位實現(xiàn)了腦電信號的監(jiān)測。同時，它也可以在肌肉與皮膚之間的筋膜組織中可控移動，并在不同時空位點監(jiān)測所需肌電信號。這種“動態(tài)電極”的新范式，打破了傳統(tǒng)靜態(tài)植入式電極的限制，有望成為下一代電極發(fā)展的重要方向，為人機接口研究開辟了新方向。
 

神經(jīng)蠕蟲電極在腦組織及筋膜組織中移動并監(jiān)測電生理信號
 

　　廈門大學柔性電子(未來技術(shù))研究院謝瑞杰助理教授為本文的共同第一作者(排名第一)，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院劉志遠研究員、徐天添研究員、韓飛副研究員及東華大學嚴威教授為本文共同通訊作者。本研究得到中國國家自然科學基金(62101545)、廈門大學校長基金(20720230041)等項目的資助。