生物電子-粘彈性表面電極陣列與粘彈性組織接口
研究背景
活組織是表現出粘彈性和可塑性的非線性彈性材料。人造的、可植入的生物電子陣列主要依賴剛性或彈性封裝材料和韌性金屬的剛性薄膜，這些材料可以以微觀精度進行操作，以提供可靠的電氣特性。
創新點
哈佛大學David J. Mooney課題組設計了一種表面微電極陣列，用粘彈性材料代替了傳統的封裝和導電組件。我們的陣列通過使用水凝膠作為外層，克服了先前在匹配軟生物組織的剛度和松弛行為方面的局限性。我們推出了一種基于水凝膠的導體，由離子導電藻酸鹽基質制成，碳納米材料增強，即使在低負載率下也能提供電滲透。我們將導電和絕緣粘彈性材料與自上而下的制造相結合，可以制造與標準電生理學平臺兼容的電極陣列。我們的陣列與心臟或大腦皮層的復雜表面緊密貼合，為記錄和刺激提供了有前途的生物工程應用。
文章解析
圖1：藻酸鹽水凝膠與哺乳動物組織的粘彈性相匹配，并貼合于復雜的襯底上。
圖2：可以調整藻酸鹽水凝膠以優化與星形膠質細胞、神經元和共培養物的相容性。
圖3：由藻酸鹽基質和電活性碳基填料形成的粘彈性電子器件。
圖4：高柔性和可拉伸粘彈性封裝層的制造。
圖5：全粘彈性裝置的裝置表征和體外驗證。
圖6：用于刺激和記錄的全粘彈性裝置的體內驗證，即使在極端變形下也是如此。
讀后感
作者報道了第一個完全粘彈性的電極陣列，其表現出與軟生物組織相似的機械特性。陣列主要由水凝膠制備，水凝膠具有高度可調的物理特性，粘彈性和剛度可以獨立變化。此外，表面陣列具有由高縱橫比碳納米材料的低負載分數制成的新型電導體，因此它們保持了超軟模量和粘彈性?？赡苡捎跈C械特性與神經組織的匹配，體外軟粘彈性陣列材料的神經細胞反應是有利的，星形膠質細胞活化最小，神經突擴散增強。此外，在體內獲得了 18 的高 SNR 值，從而能夠記錄低幅度局部場電位。此外，電極設計和陣列制造過程簡單快速（從設計到功能和完全組裝的陣列需要 3 天），并且不需要高溫、苛刻的化學蝕刻劑或薄膜光刻技術。由于電極和軌道具有相同的組成，并且由于 GFs 和 CNTs 的穩定性，沒有界面分層或需要金屬膜，因此呈現出一類與多種成像技術兼容的陣列，例如如磁共振成像（MRI）。由于碳添加劑的不同成分證明了 CSC 的可調性，因此可以使用不同配方的組合來制造陣列，其中一些軌道更適合刺激，而另一些則更適合記錄。
【參考文獻】
https://www.nature.com/articles/s41565-021-00926-z
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