结果由杜克大学生物医学工程助理教授Jonathan Viventi领导的研究人员出版;John Rogers，Louis Simpson和Kimberly Querrey Materical Science和Engineerse，Biomedical Engineeric和North Tearsiants的神经学术教授;纽约大学神经科学教授和琵琶比萨兰。“试图让这些传感器在大脑中工作就像在海洋中折叠你的可折叠，灵活的智能手机并期望它工作了70年，”Viventi说。“除了我们的制作设备比目前市场上的手机更薄，更灵活。这就是挑战。”
如果你是不请自来的客人，人体是一个无情的地方——尤其是如果你是由聚合物或金属构成的。除了来自周围组织和免疫系统的攻击外，外来物还必须能够抵抗腐蚀性和盐分环境。
制造能够承受这种攻击的电子设备是一个更令人畏惧的前景。目前，长期植入的设备几乎都被密封在激光焊接的钛外壳中。例如，想想心脏起搏器。Rogers说:“为这种类型的植入物建造不透水的体块外壳是一个工程挑战。”“我们在这里报告的是，成功开发出的材料可以提供类似的隔离水平，但其薄膜薄而灵活，比一张纸还要薄100倍。”
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但说到人脑，空间和灵活性是至关重要的。没有空间放置那些厚达毫米的刚性设备。这些挑战意味着存在神经接口只能对大约100个部位进行取样，与构成人类大脑的数百亿神经元相比，这些部位就相形见绌了。任何试图使这些设备更大的尝试都必然会遇到布线物流的障碍——因为每个传感器都需要自己的线路，尺寸限制很快就成为一个问题。
Viventi和他的同事一直在研究一种不同的方法。“你需要把电子设备移到传感器并开发可以处理多个传入信号的本地智能，”Viventi说。“这就是数码相机的工作原理。你可以在没有数千万线的情况下拥有数千万像素，因为许多像素共享相同的数据通道。”
通过他们的工作，研究人员已经演示了只有25微米厚、有360个电极的柔性神经装置。但之前保护它们免受体内伤害的尝试失败了，因为即使是最微小的缺陷也可能阻碍整个努力。“我们之前尝试过很多策略。如果沉积的聚合物足够薄，就会产生缺陷，导致其失效，而较厚的聚合物则没有所需的灵活性。”Viventi说。“但我们最终找到了一种比它们都更持久的策略，现在已经在大脑中发挥了作用。”
所需要的就是完美。在这篇新发表的论文中，Viventi, Rogers, Pesaran和他们的同事证明了一层不到一微米厚的热生长二氧化硅层可以抵御大脑内的恶劣环境，其降解速率仅为每天0.46纳米。由于这种形式的玻璃是生物相容性的，任何微量的溶解在体内都不会产生任何问题。
他们还表明，即使玻璃封装不导电，该设备的电极可以通过电容感应来检测神经活动。这种技术可以探测到手指在智能手机触摸屏上的移动。他们将一个64电极的神经接口植入一只大鼠体内一年多，将一个1008电极的神经接口植入一只猴子的运动皮层中，而猴子的运动皮层可以触摸触摸屏。Perasan说:“成功地在猴子身上部署这种设备来做类似人类的任务是一个巨大的飞跃。”“现在我们可以改进我们的技术来帮助大脑疾病患者。”
基于这些结果和加热设备以模拟更长的时间的实验，研究人员相信他们的设备可以承受植入超过6年。
虽然这些结果与目前最先进的设备相比是巨大的进步，但它们远未达到研究人员的期望水平。Viventi的学生目前正在努力将原型从1000个电极扩展到超过65000个。他们期望通过使用商业芯片来制造电极，这远远优于他们自己的能力，他们的神经界面的性能将大大提高信号质量和在人体中的生存能力。Viventi说:“我们的目标之一是创造一种新型的视觉假肢，它可以直接与大脑互动，至少可以为视神经受损的人恢复一些视力。”“但我们也可以使用这些类型的设备来控制其他类型的假肢，或在广泛的神经科学研究项目中。”
来源:杜克大学
