文章名稱：Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition

期刊：Nature Communications IF 17

文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45590-8

【引言】

        炎癥通常是由免疫細胞的炎癥細胞因子積累所引起的，普遍存在于各種疾病中。電流刺激可以在一定程度上抑制炎癥的發(fā)生，被認為是一種潛在的炎癥治療方法。雖然電刺激的治療不需要對患者進行手術，但相關療法面臨著刺激路徑/電流峰值不精確、刺激機制不明確等問題，無法以較優(yōu)刺激路徑，或適合的刺激電流對相關區(qū)域進行電刺激，這也使得電刺激療法通常伴隨著周圍組織的損傷和其他并發(fā)癥。

         近日，復旦大學相關課題組提出了一種基于神經形態(tài)的柔性浮柵晶體管的電刺激技術。該技術利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備了柔性器件并將其包裹在交感神經鏈上實現直接刺激，通過可控制的仿生電信號對相關部位進行電刺激，從而大限度地降低了對神經的損傷。通過測試炎癥細胞因子（IL6）,發(fā)現該方法與傳統(tǒng)方法相比IL6下降了73.5%。相關研究內容以《Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition》為題，發(fā)表于國際SCI期刊《Nature Communications》上。

        本文中所有的柔性器件均使用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備而得。該系統(tǒng)無需掩膜板，可以在非傳統(tǒng)基底上迅速實現高精度的光刻任務，能夠滿足科研中對光刻和套刻的不同需求。設備采用集成化設計、結構小巧緊湊（70 cm X 70 cm X 70 cm），適合任何實驗室桌面。同時，其基于創(chuàng)新性的全自動控制，具有可靠性高、操作簡便、直寫速度快，分辨率高（XY：<1 μm）等特點。憑借這些優(yōu)勢，MicroWriter ML3滿足了本研究對多樣化光刻的所有需求。

小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3

【圖文導讀】

圖1.神經形態(tài)的電刺激用于抑制肌腱炎癥概念圖。其中一個柔性電極環(huán)繞在支配肌腱段的交感神經鏈上，以提供直接刺激，并使用二維梯度功能材料電荷耦合器神經形態(tài)刺激器來發(fā)射仿生脈沖。這種交感神經直接刺激和仿生脈沖的結合促進了去甲腎上腺素的釋放，該物質減緩與肌腱損傷相關的炎癥細胞因子，同時對神經造成的損害小。

圖2.基于神經形態(tài)的柔性MoS₂浮柵晶體管電路。（a）柔性電路的光學照片和示意圖和（b）MoS₂浮柵晶體管的示意圖。（c）晶體管的橫截面的TEM及EDS的表征結果。（d）MoS₂浮柵晶體管的SEM表征結果。（e）MoS₂的拉曼和AFM表征結果。（f）不同材料的生物相容性測試。

圖3.柔性浮柵晶體管集成電路的制備流程。(a）清理后的PI基底，PI薄膜厚度為30微米。(b)使用MicroWriter ML3在柔性基底上制備電極。(c)通過ALD沉積絕緣層。(d)轉移MoS2二維材料。(e)通過再次激光直寫和刻蝕制備圖案化MoS₂結構。(f)第三次光刻并沉積金屬，形成電極。

圖4.所制備的柔性浮柵晶體管集成電路的SEM和光學照片。（a) 使用MicroWriter ML3制備的柔性浮柵晶體管集成電路的光學照片。（b)MoS₂二維材料在電路中的SEM成像結果。

圖5.所制備的柔性器件在抑制肌腱炎癥發(fā)生，同時對周圍神經的損傷達到非常小。（a）在小鼠的腹主動脈（紅色）富有交感神經鏈神經節(jié)的部分（黃色）進行實驗。（b）手術后組織中IL-6隨時間的變化。（c）通過免疫吸附法測試不同處理手段下組織周圍的IL-6.(d）交感神經鏈神經節(jié)部分的染色和（e）TEM結果。（f）DAPI/IL6和CD68在不同刺激下的反應結果。（g）NE的免疫吸附測量結果。

【結論】

       綜上所述，研究人員基于MoS₂二維材料制備出了柔性的可用于炎癥產生的電子器件，同時實現了在抑制炎癥發(fā)生的同時對周圍神經的損傷小，為制備相關的柔性電子醫(yī)療設備提供了新的研究思路和方法。從文中研究人員對小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3的使用上來看，該設備可以在非傳統(tǒng)基底上迅速實現高精度的光刻任務，能夠滿足科研中多樣化的光刻和套刻需求。