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用于神经肌肉接口的软生物电子植入物的快速成型
用作神经肌肉接口的软生物电子植入物的快速原型设计 Dzmitry Afanasenkau 1& , Dana Kalinina 2& , Vsevolod Lyakhovetskii 3,5 , Christoph Tondera 1 , Oleg Gorsky 2,3,5 , Seyyed Moosavi 1 , Natalia Pavlova 2,3 , Natalia Merkulyeva 2,3,5 , Allan V. Kalueff 6,7 , Ivan R. Minev 1,8#* , Pavel Musienko 2,3,4,5#* 1 生物技术中心 (BIOTEC), 分子和细胞生物工程中心 (CMCB), 德累斯顿工业大学, Tatzberg 47-49, 01307 Dresden, 德国。 2 圣彼得堡国立大学转化生物医学研究所，圣彼得堡，Universitetskaya emb. 7/9，199034，俄罗斯 3 俄罗斯科学院巴甫洛夫生理研究所，圣彼得堡，马卡洛娃 emb. 6，199034，俄罗斯 4 俄罗斯联邦卫生部圣彼得堡国立肺结核研究所儿童外科和矫形诊所，圣彼得堡，Politekhnicheskaya，32，191036，俄罗斯 5 俄罗斯联邦卫生部俄罗斯放射学和外科技术研究中心，圣彼得堡，列宁格勒街，70，197758，俄罗斯 6 西南大学药学院，重庆，中国 7 乌拉尔联邦大学，叶卡捷琳堡，俄罗斯8 英国谢菲尔德大学自动控制与系统工程系，Mappin 街，谢菲尔德，S1 3JD，英国。& 这些作者贡献相同 # 这些作者贡献相同 * 通讯作者；pol-spb@mail.ru (PM)；i.minev@sheffield.ac.uk (IRM)。摘要 神经肌肉接口是将生物电子技术转化为临床医学应用所必需的。在这里，通过利用机器人控制的低粘度导电油墨喷墨沉积、绝缘硅酮糊剂的挤出以及通过冷空气等离子体对电极表面的原位激活，我们表明可以快速打印柔软的生物相容性材料，以按需制作定制电极阵列的原型，这些电极阵列可以很好地适应特定的解剖环境、功能和实验模型。我们还表明，打印的生物电子接口允许长期整合和功能稳定性，用于监测和激活猫、大鼠和斑马鱼的大脑、脊髓和神经肌肉系统中的神经通路。该技术可能使个性化生物电子技术应用于神经假体。一句话编辑摘要：通过机器人控制导电墨水和绝缘墨水的沉积，可以快速制作出适合特定解剖环境、功能和实验模型的定制软电极阵列原型。
从精密胶体混合材料到先进功能组件
概要：胶体的概念涵盖了从合成纳米粒子、纳米棒和纳米片到功能性生物单元等各种各向同性和各向异性的粒子，它们具有多种尺寸、形状和功能。材料科学致力于研究它们的各种功能，而它们在生物世界中无处不在，具有多种功能。由于其科学和技术重要性，人们对其进行了研究的各种合成胶体；但它们的特点是尺寸分布有限、形状和相互作用不完善，功能尚未完全工程化。这与尺寸、形状和功能精确的生物胶体形成鲜明对比。材料科学一直在从生物世界中寻找灵感，以通过自组装和层次结构进行结构控制，并在生物灵感中确定功能组合的新途径。在此，我们首先讨论基于生物基序引导组装的技术相关合成胶体的高度定义结构控制的不同方法。首先，我们描述如何在空心蛋白质笼内组装多分散纳米粒子，以实现明确定义的组装和分层堆积。另一种方法依赖于基于 DNA 纳米技术的组装，其中工程 DNA 结构允许程序化组装。然后，我们将讨论具有特别窄的尺寸分散性或甚至原子精确结构的合成胶体，用于新的组装和潜在功能。此类胶体可以具有明确定义的膜填料，从而允许高模量。它们可以使用光响应部分进行切换，并且可以启动不同几何形状的较大组装的堆积。重点是原子定义的纳米团簇，其允许通过超分子相互作用（例如定向氢键）进行明确定义的组装。最后，我们将讨论刺激响应胶体的新功能，甚至是受生命启发的复杂响应功能。其中，受生物学习启发的刺激响应材料可以实现下一代此类材料。经典条件作用是最简单的生物学习概念之一，需要两个刺激和可触发的记忆。其中我们使用热响应水凝胶与等离子体金纳米粒子和螺吡喃光酸作为模型。加热是导致热响应凝胶熔化的非条件刺激，而光（在特定波长下）最初会导致 pH 值降低，而不会因空间凝胶稳定而导致等离子体或结构变化。在热诱导凝胶熔化下，光会导致 pH 值降低和金纳米粒子链状聚集，从而产生新的等离子体响应。因此，同时加热和光照可以对新衍生的刺激进行条件作用，其中的逻辑图类似于巴甫洛夫条件作用。所示的组件展示了当尺寸和分散性受控时使用胶体可实现的不同功能。■ 主要参考文献