Advanced Materials Interfaces: 可移除植入针辅助实现超柔深部脑电极精准植入并获得长期稳定脑电信号

近年来,植入式神经电极已成为研究脑科学强有力的工具,也是脑机接口的重要桥梁,是开展大脑医疗诊断、行为解析、精准调控和脑机交互的物理基础。然而,传统的植入式脑电极都是刚硬的,植入大脑以后,由于两者力学性能的不匹配,在被植入者呼吸和运动的影响下,电极附近柔软的脑组织会产生较大的损伤,由此引发炎症反应,免疫增生细胞等会包裹电极表面,从而使得脑电极记录信号不断减弱,直至失效。基于聚合物的柔性脑电极是解决上述难题的有效途径,这种柔性电极能够很好地跟随脑组织移动,带来更小的免疫反应,从而能够长时稳定记录脑电信号。然而,由于柔性脑电极弯曲刚度小,在植入时极易发生弯曲,这就带来了一个挑战性的难题:如何将柔性脑电极植入到大脑中?

为此,浙江大学宋吉舟教授团队、许科帝副教授团队基于力学设计,提出一种简单且可靠的柔性深部脑电极的植入方案。基于液滴在变截面细针处受表面张力和重力的影响,用蘸涂法(dip-coating)制备出在针尖处带有可溶解微球的植入钢针(直径120μm),并设计了一种前端带有贯穿孔的超柔性脑电极(厚度仅9.5μm),该贯穿孔的直径介于微球直径和植入钢针直径之间。将植入针与柔性脑电极先装配再植入,由于植入钢针上可溶解微球的位移限制,柔性脑电极将沿着植入钢针针尖的轨迹一起进入脑组织特定位置,待微球溶解,拔出植入钢针,柔性脑电极留在大脑内部,几乎没有位移扰动。该工作先用明胶模拟大脑组织,验证了此种植入方法的可行性,随后进行了大鼠实验,实验结果表明植入四个月后,柔性脑电极依然能够稳定获取大鼠脑电信号。相关论文近期在线发表在Advanced Materials Interfaces (DOI:10.1002/admi.201901775)。