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深圳先进院在可自展开智能柔性神经电极研发方面取得进展

2019-11-01

近日,中国科学院深圳先进技术研究院纳米调控与生物力学研究中心杜学敏副研究员团队和微纳系统与仿生医学研究中心的吴天准研究员团队合作研发出新型可自适应形变的高密度宽幅柔性神经电极,在近人体体温条件下可由微管状态转变为具有特定预设曲率的展开状态,从而?#34892;?#36148;合曲面组织,?#22411;?#25552;升神经电极的?#30899;?#25928;率。相关研究结果以论文Self‐Unfolding Flexible Microelectrode Arrays Based on Shape Memory Polymers(基于形状记忆高分子?#30446;?#33258;展开柔性电极阵列)在线发表于Advanced Materials Technologies上。杜学敏副研究员和吴天准研究员是该论文的共同通讯作者,杜学敏副研究员课题组的王娟助理研究员为论文第一作者。

基于神经电极?#30899;?#30340;人工视觉系统能够?#25351;词?#32593;膜退行性疾病患者的部?#25351;?#20809;能力和视觉能力,为?#21152;?#40644;斑病变等临床上无法治疗的致盲性疾病的失明患者带来了巨大的福音。为获得较好的?#30899;?#20998;辨率、?#30899;?#33539;围和?#30899;?#25928;率,人工视觉系统的神经电极需具备高密度的电极位点、覆盖视网膜较大的区域、且能?#34892;?#36148;合具有特定曲率的视网膜表面。为加工出具备以上特性的神经电极,需选取合适柔性基底,?#19994;?#26497;必然有着较大的尺寸。然而,限于眼球内?#21015;?#31354;间和眼部植入手术可接受的较小切口尺寸,具有较大尺寸的神经电极面临植入的极大困?#36873;?#20026;解决以上矛盾,杜学敏研究团队基于前期材料形变控制(Research, 2019, 2019, 6398296;Matter 2019, 1(3), 626; Advanced Materials, 2017, 29, 1702231;Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120)和形状记忆高分子(Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1801027;Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 24748-24755)的研究经验,创新性地将相变温度在近人体体温附近的?#25509;?#24418;状记忆高分子用作高密度(126通道)宽幅柔性神经电极的功能化涂层(图1a),从而赋予了神经电极的按需塑形和形变能力。

研究发现,具?#34892;?#29366;记忆高分子涂层的高密度宽幅神经电极可在室温下塑形为直?#23545;?#20026;2毫米的微管临时形状,从而适用于眼球内的微创植入;在近人体体温的温度条件下,该电极可在类似人体眼球高黏度环境的硅油中自展开成具?#24615;?#35774;曲率的永久形状,从而?#34892;?#36148;合视网膜(图1b)。这种神经电极由于有着较高密度的电极位点和较传统电极更大的尺寸,?#22411;?#33719;得高分辨、宽可视角的?#30899;?#35270;野(图1c)。并?#36965;?#30001;于基底材料间合适的力学性能匹配度,这?#25351;?#31934;度的神经电极在反复的卷曲和展开过程中依然可?#21592;?#25345;较好的电极连接?#34892;?#24615;。

该项研究报道的新型神经电极将极大希望?#32435;?#30446;前人工视觉系统可获得的?#30899;?#25928;率和?#30899;?#35270;野;并且这种基于智能材料进行功能化的设计思?#26041;?#24341;导未来形状自适应神经电极的研发,?#22411;?#23454;现更高效的神经?#30899;?#21644;信号记录。该研究工作得到了国家重点研发计划(2017YFA0701303)、国家自然科学基金(21404116, 51903245)、广东省(2015TQ01R292)、深圳市(JCYJ20180507182051636, KQJSCX20180330170232019)等科技项目资助。

论文链接

图1 (a)具?#34892;?#29366;记忆高分子涂层的柔性神经电极示意图。 (b) 自展开智能柔性神经电极的微创植入贴合视网膜示意图。(c) ?#34892;?#36148;合在视网膜上高密度宽幅神经电极?#22411;?#33719;得更好的?#30899;?#25928;率和更宽的视野。

(来源:中国科学院深圳先进技术研究所



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