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工程师3D打印柔软的橡胶状大脑植入物

大脑是我们最脆弱的器官之一,就像最柔软的豆腐一样柔软。另一方面,大脑植入物通常由金属和其他刚性材料制成,随着时间的流逝会导致炎症和疤痕组织的积聚。

麻省理工学院的工程师正在开发柔软,灵活的神经植入物,这些植入物可以轻柔地顺应大脑的轮廓并在更长的时间内监视活动,而不会使周围的组织恶化。这种灵活的电子设备可能是现有的用于监视大脑活动的基于金属的电极的较软替代品,并且也可能用于刺激神经区域缓解癫痫,帕金森氏病和严重抑郁症状的大脑植入物。

在机械工程学和土木与环境工程学教授赵璇河的带领下,研究团队现在已经开发出一种方法,可以像橡胶一样柔软和灵活地进行3D打印神经探针和其他电子设备。

装置由一种导电的聚合物或软塑料制成。该团队将这种通常呈液体状的导电聚合物溶液转变为更像粘性牙膏的物质,然后他们可以将其输送到传统的3D打印机中,以制作稳定的导电图案。

该小组印刷了几种软电子设备,包括一个小的橡胶状电极,并将它们植入小鼠的大脑。当鼠标在受控环境中自由移动时,神经探针便能够从单个神经元中拾取活动。监视这种活动可以为科学家提供大脑活动的更高分辨率的图片,并且可以帮助针对各种神经系统疾病定制疗法和长期的大脑植入物。

“我们希望通过证明这一概念证明,人们可以使用该技术快速制造出不同的设备,”麻省理工学院赵氏研究组的研究生Hyunwoo Yuk说。“他们可以在30分钟内更改设计,运行打印代码并生成新设计。希望这将简化完全由软材料制成的神经接口的开发。”

Yuk和Zhao已经在《自然通讯》杂志上发表了他们的研究结果。他们的合著者包括江西科技师范学院的卢宝阳和徐静坤,以及浙江大学医学院的沉林和罗建宏。

从肥皂水到牙膏

导电聚合物是近年来科学家急切探索的一类材料,因为它们将类塑料的柔韧性和类金属的导电性进行了独特的结合。导电聚合物在商业上用作抗静电涂层,因为它们可以有效地带走电子产品和其他易产生静电的表面上积聚的静电荷。

Yuk说:“这些聚合物溶液很容易喷涂在触摸屏等电子设备上。”“但是液体形式主要用于均质涂料,很难将其用于任何二维,高分辨率图案。在3D中,这是不可能的。”

Yuk和他的同事认为,如果他们能够开发出可印刷的导电聚合物,那么他们就可以使用这种材料来印刷大量柔软,图案复杂的电子设备,例如柔性电路和单神经元电极。

在他们的新研究中,研究小组报告了对聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐或PEDOT:PSS的改性,这是一种导电聚合物,通常以漆黑,深蓝色液体的形式提供。液体是水和PEDOT:PSS纳米纤维的混合物。液体从这些纳米纤维中获得导电性,当它们接触时,它们充当一种电荷可以流过的隧道。

如果研究人员将这种聚合物以液态形式送入3D打印机中,它只会在下层表面渗出。因此,该团队寻求一种在保持材料固有的导电性的同时增稠聚合物的方法。

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