神經外科新應用！3D打印微電極助力腦神經修復治療

魔猴君  行業資訊   2031天前

腦外科（一般是指神經外科）是醫學中最年輕、最復雜而又發展最快的一門學科。3D打印技術在神經外科多個亞學科領域都有著應用切入點，已在臨床治療中開展的應用包括腦腫瘤手術治療時使用的預規劃模型，以及用于顱骨修復的植入物。除此之外，還包括一些處于研究階段的新興應用，例如通過3D打印生物支架進行腦神經的再生、修復等。

3D打印技術在腦外科的應用。

卡耐基梅隆大學正在開展的一項研究是將3D打印微電子技術用于腦神經修復治療領域，研究人員通過氣溶膠噴射3D打印技術制造神經探針中的電極。

3D打印制造神經探針電極。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打印技術以低成本、快速的方式創建一種高密度的神經探針，該探針用于記錄神經學數據。

人類的大腦通過其神經元活動來協調感知、想法和行動。神經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、神經元功能恢復和腦部疾病研究等一些新的應用中也成績斐然。理想情況下，神經探針陣列應具有良好的生物相容性、具有高信噪比的高密度電極、通過柔性電纜實現的互連功能、高度集成的電子架構，以及集成型微執行器，從而驅動電極柄實現神經元運動跟蹤。[1]

根據卡內基梅隆大學，科研人員在研究中使用氣溶膠噴射3D打印技術與納米粒子材料制造神經探針，這項新技術將大大提高對腦組織研究的可及性，并能夠制造出適應小區域的神經探針。

卡內基梅隆大學稱，3D打印探針的記錄密度比現有任何方法制造的探針密度都要高一個數量級。目前在腦神經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，現有陣列的電極密度較低，這意味著它們不能達到精密神經修復術等應用所需的分辨率。目前，最先進的電極雖然為研究人員提供毫秒級的單神經元分辨率，但研究人員一次只能從300或400個神經元中獲得信息。

而通過3D打印技術所開展的新研究目標正是解決以上問題，在神經探針的結構、可靠性以及成本上突破當前技術的局限性。研究團隊認為他們的研究將可能深刻改變神經科學研究的進程。

卡內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打印技術制造出完全3D打印的微電極陣列，這一技術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商，并從中選擇適用的電極。

用氣溶膠噴射3D打印技術制造電極時，電極中用于記錄的位置則可以根據需要進行靈活設計。優化設計的電極結構更易于植入大腦，植入時帶來的損傷更小。卡耐基梅隆大學開展這項研究的長期目標是創建腦機接口（BMI）等精密醫療設備。這些設備不僅更精確，并且可根據患者需要進行定制。例如為需要神經假體的患者提供定制化的裝置。

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

參考資料：

[1] 《大腦神經探針？我看用MOM壓力傳感器蠻合適》電子技術設計網。