神經(jīng)外科新應(yīng)用！3D打印微電極助力腦神經(jīng)修復(fù)治療

魔猴君  行業(yè)資訊   1928天前

腦外科（一般是指神經(jīng)外科）是醫(yī)學(xué)中最年輕、最復(fù)雜而又發(fā)展最快的一門學(xué)科。3D打印技術(shù)在神經(jīng)外科多個亞學(xué)科領(lǐng)域都有著應(yīng)用切入點，已在臨床治療中開展的應(yīng)用包括腦腫瘤手術(shù)治療時使用的預(yù)規(guī)劃模型，以及用于顱骨修復(fù)的植入物。除此之外，還包括一些處于研究階段的新興應(yīng)用，例如通過3D打印生物支架進(jìn)行腦神經(jīng)的再生、修復(fù)等。

3D打印技術(shù)在腦外科的應(yīng)用。

卡耐基梅隆大學(xué)正在開展的一項研究是將3D打印微電子技術(shù)用于腦神經(jīng)修復(fù)治療領(lǐng)域，研究人員通過氣溶膠噴射3D打印技術(shù)制造神經(jīng)探針中的電極。

3D打印制造神經(jīng)探針電極。來源：卡耐基梅隆大學(xué)

完全3D打印的微電極陣列

開展這項研究的團(tuán)隊由卡耐基梅隆大學(xué)先進(jìn)制造中心的機械工程研究人員與生物學(xué)研究人員組成。他們使用3D打印技術(shù)以低成本、快速的方式創(chuàng)建一種高密度的神經(jīng)探針，該探針用于記錄神經(jīng)學(xué)數(shù)據(jù)。

人類的大腦通過其神經(jīng)元活動來協(xié)調(diào)感知、想法和行動。神經(jīng)探針不僅在細(xì)胞外記錄、腦機接口（BMI）和深部腦刺激（DBS）方面取得了成功，而且在腦電圖、神經(jīng)元功能恢復(fù)和腦部疾病研究等一些新的應(yīng)用中也成績斐然。理想情況下，神經(jīng)探針陣列應(yīng)具有良好的生物相容性、具有高信噪比的高密度電極、通過柔性電纜實現(xiàn)的互連功能、高度集成的電子架構(gòu)，以及集成型微執(zhí)行器，從而驅(qū)動電極柄實現(xiàn)神經(jīng)元運動跟蹤。[1]

根據(jù)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)，科研人員在研究中使用氣溶膠噴射3D打印技術(shù)與納米粒子材料制造神經(jīng)探針，這項新技術(shù)將大大提高對腦組織研究的可及性，并能夠制造出適應(yīng)小區(qū)域的神經(jīng)探針。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)稱，3D打印探針的記錄密度比現(xiàn)有任何方法制造的探針密度都要高一個數(shù)量級。目前在腦神經(jīng)學(xué)中使用的硅電極為2D和3D陣列，這種電極脆弱，并且成本非常高，在很多情況下是不適用的。另外，現(xiàn)有陣列的電極密度較低，這意味著它們不能達(dá)到精密神經(jīng)修復(fù)術(shù)等應(yīng)用所需的分辨率。目前，最先進(jìn)的電極雖然為研究人員提供毫秒級的單神經(jīng)元分辨率，但研究人員一次只能從300或400個神經(jīng)元中獲得信息。

而通過3D打印技術(shù)所開展的新研究目標(biāo)正是解決以上問題，在神經(jīng)探針的結(jié)構(gòu)、可靠性以及成本上突破當(dāng)前技術(shù)的局限性。研究團(tuán)隊認(rèn)為他們的研究將可能深刻改變神經(jīng)科學(xué)研究的進(jìn)程。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)大學(xué)先進(jìn)制造中心的研究人員使用氣溶膠噴射3D打印技術(shù)制造出完全3D打印的微電極陣列，這一技術(shù)使電極的定制具有可行性，以往研究人員需要找到能夠提供多種電極型號的供應(yīng)商，并從中選擇適用的電極。

用氣溶膠噴射3D打印技術(shù)制造電極時，電極中用于記錄的位置則可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計的電極結(jié)構(gòu)更易于植入大腦，植入時帶來的損傷更小?？突仿〈髮W(xué)開展這項研究的長期目標(biāo)是創(chuàng)建腦機接口（BMI）等精密醫(yī)療設(shè)備。這些設(shè)備不僅更精確，并且可根據(jù)患者需要進(jìn)行定制。例如為需要神經(jīng)假體的患者提供定制化的裝置。

研究人員表示，這一3D打印電極的應(yīng)用，將產(chǎn)生更精確的神經(jīng)回路3D繪圖，以及產(chǎn)生能夠恢復(fù)患者缺失功能的精確神經(jīng)假體裝置。該研究還將為治療截癱和癲癇等神經(jīng)退行性疾病提供新的途徑。

參考資料：

[1] 《大腦神經(jīng)探針？我看用MOM壓力傳感器蠻合適》電子技術(shù)設(shè)計網(wǎng)。