近日，中科院上海微系統(tǒng)所傳感技術(shù)國家重點實驗室采用微納加工技術(shù)制備了一種類蚊口器的仿生神經(jīng)探針，能夠穿透硬腦膜實現(xiàn)多腦區(qū)微創(chuàng)植入，可感知植入過程中顱內(nèi)血管的存在并提供損傷預(yù)警，并可實現(xiàn)大腦神經(jīng)信號的術(shù)后即時采集和長期穩(wěn)定跟蹤。相關(guān)研究成果以“A mosquito mouthpart-like bionic neural probe”為題于2023年7月12日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Microsystems & Nanoengineering上。

具有高分辨率的侵入式神經(jīng)電極陣列在基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究與神經(jīng)系統(tǒng)疾病診治中都具有廣泛的應(yīng)用潛力。柔性電極陣列可以更好提升與顱內(nèi)組織的機械順應(yīng)性，具有更突出的在體安全性與長期記錄性能。常用柔性神經(jīng)電極在植入過程中面臨以下風(fēng)險與挑戰(zhàn)：（1）輔助植入裝置缺乏不同目標(biāo)腦區(qū)植入位置的可調(diào)整能力；（2）植入前對硬腦膜組織的手術(shù)切除易導(dǎo)致組織損傷和術(shù)中感染等風(fēng)險；（3）深部腦組織中復(fù)雜的血管分布會增加植入血管損傷的風(fēng)險。

針對以上挑戰(zhàn)，研究團隊受蚊子口器解剖結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計了一種類蚊口器的仿生神經(jīng)探針，采用硬質(zhì)梭針撐開結(jié)構(gòu)實現(xiàn)微創(chuàng)植入，后用柔性電極精準(zhǔn)采集信號。該探針由128通道柔性神經(jīng)陣列、穿梭針植入模塊和觸覺傳感器組成。穿梭針植入模塊具有亞微米級的銳利尖端，允許將柔性電極探針精確、微創(chuàng)地植入目標(biāo)腦組織，無需硬腦膜移除，且長度可調(diào)的穿梭針可適應(yīng)不同腦區(qū)。觸覺傳感器陣列可實現(xiàn)高靈敏度區(qū)分不同顱內(nèi)組織，可作為早期預(yù)警，避免進一步的血管損傷。實驗表明，該探針可以在植入后12小時內(nèi)采集到多個高質(zhì)量單神經(jīng)元精度的spikes神經(jīng)信號，并能夠?qū)崿F(xiàn)對集群神經(jīng)元活動16周以上的穩(wěn)定追蹤。分布式跨腦區(qū)的神經(jīng)信號定位采集、出色的術(shù)后急性記錄性能、長期穩(wěn)定的神經(jīng)信號追蹤性能，表明了類蚊口器的仿生神經(jīng)探針具備在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域和腦病治療方面有很大的應(yīng)用前景。

該論文的第一通訊單位為中科院上海微系統(tǒng)所，周渝博士、楊會然博士為該論文的共同第一作者，通訊作者為陶虎研究員和魏曉玲研究員。該研究工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃“從0到1”原始創(chuàng)新項目、上海市級重大專項、中科院上海分院基礎(chǔ)研究特區(qū)計劃、上海浦江人才項目、上海市高水平地方高校創(chuàng)新團隊、江西省03專項及5G項目、廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項資金等相關(guān)研究計劃的支持。

審核編輯：劉清