基于可拉伸、自卷曲微流控电子器件的高适形性神经接口开发

开发植入式神经电子接口在长期脑机接口和神经科学治疗中具有重要意义。然而，由于电极-神经界面之间的机械和几何失配，缺乏个性化和兼容性的神经界面仍然是外周神经调控所面临的重大挑战。

近期，南方科技大学蒋兴宇教授、中国科学院深圳先进技术研究院鲁艺研究员和南京医科大学Chang Cui等人介绍了一类可拉伸和柔性电子器件作为神经诊断和调节的自卷曲神经接口。这些可拉伸电子器件由液态金属-聚合物导体作为组件，使用分辨率可达30 μm的微流控打印技术进行制造。它们在身体运动过程中表现出高适形性和可拉伸性（超过600%的应变），并且在长期植入过程中（超过8周）具有良好的生物相容性。这些可拉伸的电子器件具备对癫痫样活动的实时监测能力，与柔软的脑组织具有极好的适形性。

该研究还开发了自卷曲微流控电极，该电极能够以最小的约束（直径160 μm）紧紧缠绕变形的神经。迷走神经和坐骨神经的体内信号记录证明了该自卷曲袖带电极可通过记录动作电位和降低心率来调节坐骨神经和迷走神经的潜力。这项研究的发现表明，坚固、易于使用的自卷曲微流控电极有望为具有良好兼容性的神经电子学和神经调节提供有用的工具。相关工作以“Stretchable, Self-Rolled, Microfluidic Electronics Enable Conformable Neural Interfaces of Brain and Vagus Neuromodulation”为题发表在ACS Nano期刊上。

如图1所示，科研人员将液态金属-聚合物导体与微流控打印相结合，设计和制造了微流控电极阵列（MEA）。MEA系统由可拉伸聚合物基底上的可拉伸液态金属电子器件和生物相容性密封剂组成，经过液态金属颗粒的超声处理、液态金属颗粒到微流控通道的微流控印刷、功能性聚合物基底的旋涂、转移到聚合物基底的过程进行制造。

图1 微流控电极制备

该微流控电极与大鼠的初级神经元和脑组织表现出良好的生物相容性（~ 8周），并可对癫痫发作的癫痫样活动提供可靠的实时监测。

此外，对于周围神经系统，如迷走神经和坐骨神经，由于聚合物基底（直径160 μm）的内应力，微流控电极阵列可以在最小约束的情况下自卷到变形的神经上。因此，科研人员进一步证明了微流控电极阵列作为自卷曲袖带电极在迷走神经和坐骨神经动作电位记录中的潜在应用。因此，该研究阐释了在减少机械失配和降低神经损伤的情况下连接脑组织和外周神经的能力在神经科学和神经治疗中的神经记录和电刺激方面具有广泛的潜力。

图2 神经调控示意图






审核编辑：刘清