生物电子-粘弹性表面电极阵列与粘弹性组织接口
研究背景
活组织是表现出粘弹性和可塑性的非线性弹性材料。人造的、可植入的生物电子阵列主要依赖刚性或弹性封装材料和韧性金属的刚性薄膜，这些材料可以以微观精度进行操作，以提供可靠的电气特性。
创新点
哈佛大学David J. Mooney课题组设计了一种表面微电极阵列，用粘弹性材料代替了传统的封装和导电组件。我们的阵列通过使用水凝胶作为外层，克服了先前在匹配软生物组织的刚度和松弛行为方面的局限性。我们推出了一种基于水凝胶的导体，由离子导电藻酸盐基质制成，碳纳米材料增强，即使在低负载率下也能提供电渗透。我们将导电和绝缘粘弹性材料与自上而下的制造相结合，可以制造与标准电生理学平台兼容的电极阵列。我们的阵列与心脏或大脑皮层的复杂表面紧密贴合，为记录和刺激提供了有前途的生物工程应用。
文章解析
图1：藻酸盐水凝胶与哺乳动物组织的粘弹性相匹配，并贴合于复杂的衬底上。
图2：可以调整藻酸盐水凝胶以优化与星形胶质细胞、神经元和共培养物的相容性。
图3：由藻酸盐基质和电活性碳基填料形成的粘弹性电子器件。
图4：高柔性和可拉伸粘弹性封装层的制造。
图5：全粘弹性装置的装置表征和体外验证。
图6：用于刺激和记录的全粘弹性装置的体内验证，即使在极端变形下也是如此。
读后感
作者报道了第一个完全粘弹性的电极阵列，其表现出与软生物组织相似的机械特性。阵列主要由水凝胶制备，水凝胶具有高度可调的物理特性，粘弹性和刚度可以独立变化。此外，表面阵列具有由高纵横比碳纳米材料的低负载分数制成的新型电导体，因此它们保持了超软模量和粘弹性。可能由于机械特性与神经组织的匹配，体外软粘弹性阵列材料的神经细胞反应是有利的，星形胶质细胞活化最小，神经突扩散增强。此外，在体内获得了 18 的高 SNR 值，从而能够记录低幅度局部场电位。此外，电极设计和阵列制造过程简单快速（从设计到功能和完全组装的阵列需要 3 天），并且不需要高温、苛刻的化学蚀刻剂或薄膜光刻技术。由于电极和轨道具有相同的组成，并且由于 GFs 和 CNTs 的稳定性，没有界面分层或需要金属膜，因此呈现出一类与多种成像技术兼容的阵列，例如如磁共振成像（MRI）。由于碳添加剂的不同成分证明了 CSC 的可调性，因此可以使用不同配方的组合来制造阵列，其中一些轨道更适合刺激，而另一些则更适合记录。
【参考文献】
https://www.nature.com/articles/s41565-021-00926-z
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