犹他阵列为 BrainGate 等尖端神经功能恢复项目提供动力,但底层电极技术本身在过去三十年中几乎没有取得任何进展。在这里,利用先进的双面光刻微加工工艺来展示 1024 通道穿透硅微针阵列 (SiMNA),其记录能力和皮质覆盖范围可扩展,适合临床转化。SiMNA 是第一个具有柔性背衬的穿透微针阵列,可适应大脑运动。此外,SiMNA 具有光学透明性,允许同时进行光学和电生理学神经元活动检查。SiMNA 用于展示对长期植入小鼠的自发和诱发场电位以及单个单位活动的可靠记录,这些记录在长达 196 天内响应光遗传学和胡须气流刺激。值得注意的是,1024 通道 SiMNA 建立了大鼠宽带大脑活动的详细时空映射。这种新型可扩展且生物相容的 SiMNA 具有多模态能力和对宽带大脑活动的敏感性,将加速基础神经生理学研究的进展,并为用于脑机接口的穿透和大面积覆盖微电极阵列树立新的里程碑。
引言 2019 年底,中国武汉出现了一批原因不明的肺炎患者 [1]。随后,世界卫生组织(WHO)于 2020 年 2 月 11 日根据其术语宣布了这种新型冠状病毒肺炎的标准格式:2019 冠状病毒病(COVID-19)。目前,透皮给药系统使用最多的方法是外用药膏、透皮贴剂、皮下针。由于皮肤角质层的存在,作为分子的屏障,只有极少数分子能够到达作用部位,因此该方法中使用的大多数药物和药剂的效果都很低 [2]。因此,透皮给药系统得到了发展,出现了另一种称为微针的方法。微针是一种智能方法,也是一种新型的透皮给药系统,它增加了将药物输送到作用部位的潜力。它是一种高度为 10-2000 微米、宽度为 10-50 微米的微型针,可无痛地直接穿透真皮组织。微针可以输送不同大小和形式的分子。它被认为是一种药物和疫苗输送装置。它可以装入活病毒或灭活病毒疫苗、DNA 疫苗或抗原。空心微针在流感疫苗接种中得到广泛应用。微针有许多优点,因为它的给药可行且无痛,它增加了皮肤的渗透性,并能输送不同大小的药物和疫苗[3]。如今,许多研究已经注册,以研究微针的效果
电生理记录需要组织中低侵入性电极几何结构和高质量信号采集。在这里,我们提出了一种直径 < 10 μ m 的同轴电缆启发式针电极,它由针中的核心电极和另一个壳电极包围。通过对体内小鼠皮层进行多通道记录证实了这些电极的神经元记录能力。鉴于壳电极起着参考电极的作用,同轴电极还可以在组织内的局部区域进行差异记录。与没有参考壳电极的记录相比,差异记录显示出两倍高的信噪比,同时响度增加。这些结果表明,同轴微针电极将在电生理记录(包括离体和体外应用)中提供与体内记录类似的高质量神经元信号。
微针以其无痛、无创、高效的药物输送方式引起了各医学领域越来越多的关注。然而,这些微针在不同表皮位置和环境中的实际应用仍然受到其低粘附性和较差的抗菌活性的限制。在这里,我们受到多粘芽孢杆菌的抗菌策略以及贻贝足丝和章鱼触手的粘附机制的启发,开发了具有多功能粘附和抗菌能力的分级微针。以聚多巴胺水凝胶为微针基底,每个微针周围环绕着一圈吸盘结构凹腔,所生成的微针可以很好地贴合皮肤;在干燥、潮湿和潮湿的环境中保持强粘附性;并在分成两部分后实现自我修复。此外,由于水凝胶尖端和聚多巴胺基质中都载有多粘菌素,微针在储存和使用过程中具有出色的抗常见细菌能力。我们已经证明这些微针不仅在应用于指关节时表现出优异的粘附性和理想的抗菌活性,而且在骨关节炎大鼠模型中药物缓释和治疗方面也表现出色。这些结果表明,仿生多功能微针将突破传统方法的限制,成为多功能透皮给药系统的理想候选者。