用于疾病定制治疗的Nano打印电极

卡内基梅隆大学的研究人员开创了 CMU 阵列——一种用于脑机接口平台的新型微电极阵列。 它有可能改变医生治疗神经系统疾病的方式。

超高密度微电极阵列 (MEA) 以Nano级 3D 打印，完全可定制。 这意味着有一天，因中风而患有癫痫或肢体功能丧失的患者可以根据他们的个人需求进行个性化的医疗治疗。

该合作结合了机械工程副教授 Rahul Panat 和生物科学助理教授 Eric Yttri 的专业知识。 该团队应用最新的微细加工技术 Aerosol Jet 3D 打印来生产阵列，解决了其他脑机接口 (BCI) 阵列的主要设计障碍。 研究结果发表在《科学进展》上。

“气溶胶喷射 3D 打印提供了三大优势，”Panat 解释说。 “用户能够定制他们的 MEA 以满足特定需求；MEA 可以在大脑的三个维度上工作；并且 MEA 的密度增加，因此更加稳健。”

基于 MEA 的 BCI 将大脑中的神经元与外部电子设备连接起来，以监测或刺激大脑活动。 它们通常用于神经假肢设备、假肢和视觉植入物等应用中，以将信息从大脑传输到失去功能的四肢。 BCI 在治疗癫痫、抑郁症和强迫症等神经系统疾病方面也具有潜在应用。 然而，现有设备具有局限性。

有两种流行的 BCI 设备。 最古老的 MEA 是犹他州阵列，由犹他大学开发并于 1993 年获得专利。这种基于硅树脂的阵列使用微小的针脚或小腿，可以直接插入大脑以检测神经元的放电。每个引脚的尖端。

另一种类型是密歇根阵列，它印刷在平坦、精致的硅胶芯片上。 当电子在芯片上发射时，它会读取电子。 由于设计限制，这两个阵列都只能在二维平面上记录。 这意味着它们无法根据每个患者或应用程序的需求进行定制。

MEA 最重要的方面是其 3D 采样能力，它受到阵列中微电极的密度以及将这些阵列定位在想要感应的精确位置的能力的限制。 现代 MEA 制造技术在这些微电极阵列的密度方面取得了巨大进步。 添加第三个维度显着增加了数组的采样能力。 此外，为每个特定应用定制的 MEA 允许更准确和更高保真度的读数。

研究人员的 CMU Array 是最密集的 BCI，比 Utah Array BCI 的密度大约高一个数量级。

需要更高质量的多边环境协定。 用于控制计算机上的虚拟动作或复杂肢体运动的 MEA 正受到当前技术的限制。 更高级的应用程序需要为每个人定制的 MEA，其保真度比目前可用的高得多。

“在几天之内，我们现在可以生产出适合患者或实验者需求的精准医疗设备，”该研究的共同资深作者 Yttri 说。 此外，虽然视觉皮层刺激和假肢控制等技术已被公众成功使用，但能够个性化大脑中的控制系统可能会为该领域的巨大进步铺平道路。

Panat 预测，可能需要五年时间才能看到人体测试，甚至更长时间才能看到商业用途。 该团队很高兴将这一成功的过程推广给该领域的其他研究人员，以开始测试各种应用程序。

CMU 阵列架构和制造方法的专利正在申请中。 帕纳特说，下一步是与美国国立卫生研究院 (NIH) 和其他商业伙伴合作，尽快将这些发现带入其他实验室，并申请将这项技术商业化的资金。

该研究由 NIH 通过推进创新神经技术 (BRAIN) 倡议进行的大脑研究资助。

有所作为：赞助机会

故事来源：

材料 由…提供 卡内基梅隆大学工程学院. 注意：内容可能会根据样式和长度进行编辑。