类蚊口器的仿生神经探针实现硬脑膜外微创植入
近日，中科院上海微系统所传感技术国家重点实验室采用微纳加工技术制备了一种类蚊口器的仿生神经探针，能够穿透硬脑膜实现多脑区微创植入，可感知植入过程中颅内血管的存在并提供损伤预警，并可实现大脑神经信号的术后即时采集和长期稳定跟踪。相关研究成果以“a mosquito mouthpart-like bionic neural probe”为题于2023年7月12日发表在学术期刊microsystems & nanoengineering上。
具有高分辨率的侵入式神经电极阵列在基础神经科学研究与神经系统疾病诊治中都具有广泛的应用潜力。柔性电极阵列可以更好提升与颅内组织的机械顺应性，具有更突出的在体安全性与长期记录性能。常用柔性神经电极在植入过程中面临以下风险与挑战：（1）辅助植入装置缺乏不同目标脑区植入位置的可调整能力；（2）植入前对硬脑膜组织的手术切除易导致组织损伤和术中感染等风险；（3）深部脑组织中复杂的血管分布会增加植入血管损伤的风险。
针对以上挑战，研究团队受蚊子口器解剖结构的启发，设计了一种类蚊口器的仿生神经探针，采用硬质梭针撑开结构实现微创植入，后用柔性电极精准采集信号。该探针由128通道柔性神经阵列、穿梭针植入模块和触觉传感器组成。穿梭针植入模块具有亚微米级的锐利尖端，允许将柔性电极探针精确、微创地植入目标脑组织，无需硬脑膜移除，且长度可调的穿梭针可适应不同脑区。触觉传感器阵列可实现高灵敏度区分不同颅内组织，可作为早期预警，避免进一步的血管损伤。实验表明，该探针可以在植入后12小时内采集到多个高质量单神经元精度的spikes神经信号，并能够实现对集群神经元活动16周以上的稳定追踪。分布式跨脑区的神经信号定位采集、出色的术后急性记录性能、长期稳定的神经信号追踪性能，表明了类蚊口器的仿生神经探针具备在神经科学领域和脑病治疗方面有很大的应用前景。
该论文的第一通讯单位为中科院上海微系统所，周渝博士、杨会然博士为该论文的共同第一作者，通讯作者为陶虎研究员和魏晓玲研究员。该研究工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、上海市级重大专项、中科院上海分院基础研究特区计划、上海浦江人才项目、上海市高水平地方高校创新团队、江西省03专项及5g项目、广东省科技创新战略专项资金等相关研究计划的支持。
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针对以上挑战，研究团队受蚊子口器解剖结构的启发，设计了一种类蚊口器的仿生神经探针，采用硬质梭针撑开结构实现微创植入，后用柔性电极精准采集信号。该探针由128通道柔性神经阵列、穿梭针植入模块和触觉传感器组成。穿梭针植入模块具有亚微米级的锐利尖端，允许将柔性电极探针精确、微创地植入目标脑组织，无需硬脑膜移除，且长度可调的穿梭针可适应不同脑区。触觉传感器阵列可实现高灵敏度区分不同颅内组织，可作为早期预警，避免进一步的血管损伤。实验表明，该探针可以在植入后12小时内采集到多个高质量单神经元精度的spikes神经信号，并能够实现对集群神经元活动16周以上的稳定追踪。分布式跨脑区的神经信号定位采集、出色的术后急性记录性能、长期稳定的神经信号追踪性能，表明了类蚊口器的仿生神经探针具备在神经科学领域和脑病治疗方面有很大的应用前景。
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