澳大利亞迪肯大學(xué)的Abbas Z. Kouzani課題組在Biomedical Microdevices上發(fā)表了論文，設(shè)計(jì)了一種自硬化柔順的皮層內(nèi)微探針，旨在解決傳統(tǒng)神經(jīng)微探針在植入和使用過程中面臨的挑戰(zhàn)。

神經(jīng)微探針在腦功能、腦疾病和腦機(jī)接口研究中發(fā)揮著重要作用。為了實(shí)現(xiàn)高精度的腦記錄和刺激，皮層內(nèi)微探針需要植入大腦深處。然而，由于神經(jīng)組織和植入的固定微探針之間的彈性模量差異較大，由生理和行為運(yùn)動(dòng)引起的大腦微運(yùn)動(dòng)會(huì)在手術(shù)過程中損傷周圍的神經(jīng)組織。這種組織損傷會(huì)激活大腦的免疫系統(tǒng)，進(jìn)而影響微探針的功能，并可能在數(shù)周或數(shù)月內(nèi)導(dǎo)致其隔離和失效。

為了解決上述問題，研究人員嘗試使用彈性模量接近大腦的柔性微探針。然而，柔性微探針在插入過程中容易彎曲，導(dǎo)致插入失敗。為了解決這個(gè)問題，目前大多數(shù)研究集中在使用插入梭或生物可溶性涂層來臨時(shí)硬化柔性皮層內(nèi)微探針。然而，這些方法存在一些問題，例如無法調(diào)整微探針與腦脊液接觸后的溶解時(shí)間，以及在過早失去硬度后無法恢復(fù)硬度，這可能影響定位精度。

本文提出的自硬化柔順皮層內(nèi)微探針旨在克服現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)。該微探針包含兩個(gè)可壓縮結(jié)構(gòu)，使其在手術(shù)過程中適應(yīng)大腦，在插入過程中保持硬度。通過插入器施加的壓縮力可以完全壓縮這兩個(gè)可壓縮結(jié)構(gòu)，從而增加等效彈性模量。因此，可以在硬和軟模式之間進(jìn)行即時(shí)切換，以確保高精度定位，同時(shí)很大限度地減少組織損傷。

與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)相比，本文提出的微探針具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：雙可壓縮結(jié)構(gòu)，通過增加第二個(gè)可壓縮結(jié)構(gòu)，微探針在手術(shù)過程中的等效彈性模量降低，從而減少了大腦縱向運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生的應(yīng)變；自硬化機(jī)制，利用插入器施加的軸向壓縮力，微探針可以在軟硬模式之間進(jìn)行即時(shí)切換，從而在插入過程中保持硬度，在手術(shù)過程中保持柔順性；采用雙光子聚合技術(shù)（2PP）和生物相容性樹脂IP-S，通過 Nanoscribe Photonic Professional GT2 3D打印機(jī)制造微探針，實(shí)現(xiàn)了高分辨率和光滑表面的制造，使其適用于與生物組織相互作用的應(yīng)用。

本文提出的自硬化柔順皮層內(nèi)微探針通過模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在插入和操作過程中的性能。結(jié)果表明，該微探針具有高抗彎曲性，并且在手術(shù)過程中對(duì)周圍神經(jīng)組織的損傷較小。這項(xiàng)研究為開發(fā)更安全、更有效的皮層內(nèi)微探針提供了新的思路。

值得一提的是，由于缺乏動(dòng)物模型，本研究未能提供體內(nèi)測試結(jié)果來驗(yàn)證微探針在操作過程中的性能，這可能會(huì)對(duì)研究結(jié)果的可靠性產(chǎn)生一定影響。

本文的工作通過Nanoscribe雙光子聚合原理微納3D打印完成，全新雙光子灰度光刻技術(shù)將微納增材制造和超高速體素大小調(diào)節(jié)結(jié)合在一起：雙光子灰度光刻(2GL)是一種全新的具有超高速、超精確的可以滿足自由形態(tài)的微加工技術(shù)，同時(shí)又不影響速度和精度。

Nanoscribe 3D微納加工系統(tǒng)海具備A2PL?對(duì)準(zhǔn)雙光子光刻技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在光纖和光子芯片上的納米級(jí)精確對(duì)準(zhǔn)。3D printing by 2GL?在實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的打印質(zhì)量同時(shí)兼顧打印速度，適用于微光學(xué)制造和光子封裝領(lǐng)域。

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https://doi.org/10.1007/s10544-024-00700-7

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