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   1898天前

腦外科（一般是指神經(jīng)外科）是醫(yī)學中最年輕、最復(fù)雜而又發(fā)展最快的一門學科。3D打印技術(shù)在神經(jīng)外科多個亞學科領(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

完全3D打印的微電極陣列

開展這項研究的團隊由卡耐基梅隆大學先進制造中心的機械工程研究人員與生物學研究人員組成。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，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前技術(shù)的局限性。研究團隊認為他們的研究將可能深刻改變神經(jīng)科學研究的進程。

卡內(nèi)基梅隆大學大學先進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開展這項研究的長期目標是創(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)。