【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，廈門(mén)大學(xué)柔性電子(未來(lái)技術(shù))研究院謝瑞杰助理教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院劉志遠(yuǎn)研究員團(tuán)隊(duì)、徐天添研究員團(tuán)隊(duì)及東華大學(xué)嚴(yán)威教授團(tuán)隊(duì)在動(dòng)態(tài)神經(jīng)蠕蟲(chóng)電極研究中取得重大進(jìn)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(jī)接口、神經(jīng)調(diào)控及智能人機(jī)交互等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值。植入式神經(jīng)電極能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肌電、腦電等生物電信號(hào)的高精度三維時(shí)空檢測(cè)，為神經(jīng)信息解碼提供了更豐富的信號(hào)來(lái)源。然而，該類(lèi)電極在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨兩大關(guān)鍵挑戰(zhàn)。一是長(zhǎng)期植入的穩(wěn)定性問(wèn)題，現(xiàn)有電極在植入過(guò)程對(duì)組織損傷較大。電極植入后，其與組織較大的機(jī)械性能差異，會(huì)持續(xù)引發(fā)免疫排異反應(yīng)，從而在電極周?chē)纬衫w維包裹層，降低電極的監(jiān)測(cè)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(guò)二次手術(shù)實(shí)現(xiàn)，這不僅增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)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(chóng)電極的制備策略及長(zhǎng)期植入穩(wěn)定性能
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)首先提出了微創(chuàng)植入式神經(jīng)蠕蟲(chóng)電極的制備策略。通過(guò)對(duì)厚度為百納米的薄膜電極導(dǎo)電圖案設(shè)計(jì)為“C”及“L”形，之后將其卷曲得到纖維器件，在此過(guò)程中，“C”形圖案在纖維上形成電生理傳感位點(diǎn)及連接位點(diǎn)，相鄰的“L”形圖案部分重疊形成電容型應(yīng)力傳感器。采用此策略，研究團(tuán)隊(duì)在一根纖維上實(shí)現(xiàn)了60通道電極的集成。所制備纖維器件可以縫合進(jìn)肌肉實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)植入，植入創(chuàng)口僅為200微米，并在43周內(nèi)實(shí)現(xiàn)肌電信號(hào)的高質(zhì)量穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。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(guò)程中，在其端部制備磁性頭部，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)蠕蟲(chóng)的制備。器件植入后，可以在外部磁場(chǎng)的引導(dǎo)下，微創(chuàng)移動(dòng)至所需位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)特定部位電生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)。電極可以在大腦皮層及深腦中進(jìn)行移動(dòng)，并在不同部位實(shí)現(xiàn)了腦電信號(hào)的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，它也可以在肌肉與皮膚之間的筋膜組織中可控移動(dòng)，并在不同時(shí)空位點(diǎn)監(jiān)測(cè)所需肌電信號(hào)。這種“動(dòng)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(jī)接口研究開(kāi)辟了新方向。
 

神經(jīng)蠕蟲(chóng)電極在腦組織及筋膜組織中移動(dòng)并監(jiān)測(cè)電生理信號(hào)
 

　　廈門(mén)大學(xué)柔性電子(未來(lái)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(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院劉志遠(yuǎn)研究員、徐天添研究員、韓飛副研究員及東華大學(xué)嚴(yán)威教授為本文共同通訊作者。本研究得到中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(62101545)、廈門(mén)大學(xué)校長(zhǎng)基金(20720230041)等項(xiàng)目的資助。