釜山國立大學研究人員使用3D打印模具生產具有3D微結構的神經接口
時間：2025-02-28 10:41 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：神經接口對于恢復和增強受損的神經功能至關重要，但目前的技術難以實現與柔軟彎曲的神經組織的緊密接觸。
2025年2月27日，南極熊獲悉，來自釜山國立大學的研究人員提出了一種一步式微電熱成型 (μETF)方法，創建具有 3D 微結構的柔性神經接口。他們的研究結果表明，這種方法可以改善神經記錄和刺激，并有可能應用于人工視網膜設備和腦機接口。
微電極陣列 (MEA)被廣泛用于記錄大腦活動和刺激神經組織。然而，傳統的 MEA 通常是扁平的，這限制了它們與神經結構自然曲線的貼合能力。現有的添加 3D 特征的方法需要多個制造步驟，這增加了復雜性并限制了設計可能性。
為了克服這些限制，由副教授 Joonsoo Jeong 和副教授 Kyungsik Eom 領導的團隊開發了 μETF技術，靈感來自塑料熱成型，這是一種將塑料片模制成不同形狀的常用技術。研究成果以題為“Microelectrothermoforming (μETF): one-step versatile 3D shaping offlexible microelectronics for enhanced neural interfaces”的論文發表在《npj Flexible Electronics》雜志上。
Jeong 博士表示：“這項研究的靈感源自對外賣咖啡杯塑料蓋的簡單觀察。我意識到這種塑性成型方法可以在微觀層面應用，為神經電極創建 3D 結構。”
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，因為它具有機械強度、生物相容性和長期穩定性。基于上述過程可形成精確的凸起和凹陷結構 - 增強電極與目標神經元的接近度，同時保留電性能。與傳統的微加工方法不同，μETF 簡化了制造過程，并允許在單個 MEA 內實現各種復雜的 3D 結構，包括井、圓頂、墻壁和三角形特征。
△LCP MEA 的一步式 μETF，用于創建微觀凸起和凹陷的 3D 結構，從而增強神經接口：a通過 3D 結構實現局部神經接口的優勢（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 結構轉移到平面 LCP MEA 上。c后續微熱成型和宏熱成型工藝的橫截面圖，用于實現與目標細胞的高度接近性和與周圍組織的順應性。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）電極位置的光學輪廓。
△通過一步 μETF 工藝創建的具有多種形狀和高度的多功能 3D 結構。
在一項概念驗證研究中，釜山國立大學的研究人員應用 μETF 開發了一種 3D MEA，專門針對盲人患者的視網膜刺激進行了優化。計算模擬和實驗室實驗表明，與傳統平面電極相比，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：“我們的 3D 結構使電極更接近目標神經元，使刺激更加高效和精確。”除了視網膜刺激之外，研究人員還發現 μETF 可用于各種神經接口，包括大腦、脊髓、耳蝸和周圍神經。該方法能夠創建各種 3D 結構（包括孔、圓頂、墻壁和三角形特征），從而能夠針對不同的神經環境定制電極設計。
這項技術的一個有希望的未來用途是腦機接口 (BCI)，它可以幫助癱瘓患者恢復運動能力。通過在運動皮層植入 3D 神經電極陣列，可以解碼神經信號并轉化為物理動作，例如控制機械臂或輪椅，就像Neuralink 等公司正在做的那樣。
μETF 的多功能性不僅限于神經接口。研究團隊正在探索在可穿戴電子產品、類器官研究和芯片實驗室系統中的潛力，在這些系統中，精確的 3D 微結構可以增強設備功能。下一步包括改進制造技術，以用于更廣泛的醫療應用。μETF 能夠增強神經記錄和刺激并簡化制造，代表了神經假體技術和神經康復治療的重大進步。
(責任編輯：admin)
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