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中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用微納加工技術(shù)，制備了多通道超柔性微電極陣列并集成天然絲蛋白光纖組成的多功能探針（Silk-Optrode），可實(shí)現(xiàn)大腦神經(jīng)信號(hào)的精準(zhǔn)調(diào)控與解析。11月8日，相關(guān)研究成果以A silk-based self-adaptive flexible opto-electro neural probe為題，發(fā)表在《微系統(tǒng)與納米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上。
解析神經(jīng)電活動(dòng)是大腦功能解析的核心，光遺傳學(xué)與電生理記錄的結(jié)合使神經(jīng)界面與神經(jīng)環(huán)路間實(shí)現(xiàn)高精度的雙向交互作用。多功能神經(jīng)探針可同時(shí)實(shí)現(xiàn)光刺激和腦電信號(hào)記錄，是腦科學(xué)和腦疾病領(lǐng)域的重要研究方向。傳統(tǒng)光電極探針通常采用剛性硅基和金屬材質(zhì)，易引起腦組織炎癥；而采用柔性聚合物制作的柔性探針則無(wú)法依靠自身機(jī)械強(qiáng)度植入腦組織，需額外的輔助手段，加大了植入手術(shù)的難度，也易導(dǎo)致附加的術(shù)中損傷。
針對(duì)上述困境，科研團(tuán)隊(duì)利用微納加工技術(shù)和生物相容性材料，開(kāi)發(fā)出由天然絲蛋白光纖和多通道超柔性微電極陣列組成的多功能探針Silk-Optrode。該光電探針可精確地植入大腦，對(duì)自由行為的動(dòng)物進(jìn)行同步光遺傳刺激和多通道記錄。蠶絲因具高透明度、良好的生物相容性和可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能而發(fā)揮著重要作用。通過(guò)絲光纖的水化作用，該探針能主動(dòng)適應(yīng)植入腦組織后的環(huán)境，降低自身機(jī)械剛度。探針在經(jīng)過(guò)水化后，彎曲剛度降低到2.77E-10 N·m2，低于商用光纖4個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，以高準(zhǔn)確度植入大腦后，探針可保持與周?chē)X組織的機(jī)械順應(yīng)性。在直徑200μm，長(zhǎng)2 mm的空間內(nèi)，該光電探針集成了128個(gè)記錄通道，可在進(jìn)行低光損耗的顱內(nèi)光刺激的同時(shí)，記錄到高良率、良好隔離的單個(gè)神經(jīng)信號(hào)單元。術(shù)后兩個(gè)月的免疫組化實(shí)驗(yàn)表明，相比剛性的商用探針，該探針在植入-神經(jīng)界面處產(chǎn)生較少的免疫反應(yīng)和組織損傷，具良好的生物相容性。該項(xiàng)技術(shù)將為多功能生物材料侵入式裝置與神經(jīng)疾病研究的結(jié)合提供新機(jī)會(huì)，在腦功能解析與腦機(jī)接口等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
研究工作得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目、上海市級(jí)重大專(zhuān)項(xiàng)、中科院上海分院“基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃”、上海市浦江人才計(jì)劃等的支持。
(責(zé)任編輯：admin) |
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