據(jù)麥姆斯咨詢報道，瑞典林雪平大學(xué)首席研究員Klas Tybrandt，最新研發(fā)了一項技術(shù)可以實現(xiàn)長期穩(wěn)定的神經(jīng)記錄。該技術(shù)基于一種新型的彈性復(fù)合材料，這種材料具有生物相容性，并且即使當(dāng)被拉伸到原始長度的兩倍時，仍能保持較高的導(dǎo)電特性。這項研究成果是由瑞典、蘇黎世和紐約三地的研究人員共同合作完成的。這一突破性發(fā)現(xiàn)對生物醫(yī)學(xué)工程中的許多應(yīng)用至關(guān)重要，相關(guān)文章發(fā)表在著名的科學(xué)期刊《先進材料》上。

　　電子元件與神經(jīng)細(xì)胞之間的耦合非常有意義，它不僅能夠收集腦細(xì)胞信號的信息，而且可以幫助診斷和治療神經(jīng)紊亂和癲癇等疾病。

　　而要實現(xiàn)電子元件和神經(jīng)細(xì)胞之間長期穩(wěn)定地連接且不損害神經(jīng)元或組織是非常具有挑戰(zhàn)性的，因為柔軟、彈性的人體組織和硬的、剛性的電子元件，這兩個系統(tǒng)具有完全不同的機械性質(zhì)。

　　“由于人體組織具有彈性且會移動，與剛性電子元件接觸的表面會產(chǎn)生損傷和炎癥。這不僅會導(dǎo)致組織損傷，還會抑制神經(jīng)信號，” Klas Tybrandt說。（Klas Tybrandt是林雪平大學(xué)北雪平校區(qū)有機電子學(xué)實驗室柔性電子組組長）

　　新材料中的柔性電極（圖片來源：Thor Balkhed）

　　Klas Tybrandt研發(fā)了一種新的導(dǎo)電材料，如人體組織般柔軟，并可拉伸兩倍的長度。這種材料由鍍金的二氧化鈦納米線組成，嵌在硅橡膠中。這種材料具有生物相容性，這意味著它可以與人體接觸而不會產(chǎn)生不良影響，而且它的導(dǎo)電性隨時間推移一直保持穩(wěn)定。

　　“這種柔性導(dǎo)電復(fù)合材料的微細(xì)加工涉及多個挑戰(zhàn)。我們已經(jīng)開發(fā)出一種制造小電極，同時也能保持材料生物相容性的工藝。該過程使用的材料很少，這意味著我們可以使用黃金之類相對昂貴的材料，不用擔(dān)心成本過高的問題，”Klas Tybrandt說。

　　電極的大小為50μm，彼此之間的間距為200μm。其制造工序可在一個非常小的表面上放置32個電極。最終的探頭寬度為3.2mm，厚度為80μm，如上圖照片所示。

　　這款柔性微電極已在林雪平大學(xué)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研制成功，并由紐約大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)的研究人員隨后將其植入大鼠腦內(nèi)。研究人員能夠連續(xù)3個月從自由活動的老鼠那里收集到高質(zhì)量的神經(jīng)信號。這些實驗都已經(jīng)通過倫理審查，并嚴(yán)格遵循管理動物實驗的規(guī)定。

　　重要的未來應(yīng)用

　　“當(dāng)大腦中的神經(jīng)元傳遞信號時就會產(chǎn)生一個電壓，電極通過微小的放大器能夠檢測和傳輸這個電壓。我們可以看到信號來自哪一個電極，這也意味著我們可以判斷信號起源于大腦的哪個位置。這種時空信息對于未來的應(yīng)用非常重要。例如，我們希望能夠看到引起癲癇發(fā)作的信號在哪里開始，這是治療癲癇發(fā)作的先決條件。另一個應(yīng)用領(lǐng)域是腦機接口，利用神經(jīng)信號可以控制未來技術(shù)或假體。還會有許多有趣的應(yīng)用，包括人體外周神經(jīng)系統(tǒng)和它調(diào)節(jié)各器官的方式，”Klas Tybrandt說。