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    图片:研究人员礼貌

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  • 与他们的新3-d印刷技术,团队还印刷了可用于监测个体神经元的活动软多电极阵列。

    与他们的新3-d印刷技术,团队还印刷了可用于监测个体神经元的活动软多电极阵列。

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工程师三维打印柔软,弹性的大脑植入物

澳门太阳城最新网站的研究具有3-d印刷软电子活性聚合物成许多装置中,包括一个神经柔韧电极,以及(在此示出)的柔性电路。

技术可以使快速,按需设计的更软,更安全的神经装置。


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大脑是我们最脆弱的器官之一,柔软如最柔软的豆腐。脑植入物,在另一方面,通常由金属等刚性材料随着时间的推移可导致炎症和瘢痕组织的积聚制成。

澳门太阳城最新网站的工程师正致力于开发柔软,有弹性的神经植入物可以轻轻地顺应大脑的轮廓,并在较长时期内监控活动,而不会加重周围组织。这种柔性电子产品可能是现有设计来监控大脑活动的金属电极更柔软的替代品,也可能是在大脑植入物刺激神经的区域,以缓解癫痫,帕金森氏病,重度抑郁症的症状。

由宣昭,土木与环境工程机械制造业和教授的带领下,研究小组已经开发出一种可有效用作柔软有弹性橡胶3D打印的神经探针及其它电子设备。

该装置由一类型的聚合物,或软塑料制成,其是导电的制造。球队转化这通常为液体状导电聚合物溶液到更象粘性牙膏的物质 - 其然后可以通过常规的三维打印机资讯提供稳定的,导电图案。

球队印刷几个软电子设备,包括一个小的,橡胶状电极,其在它们的小鼠的脑中植入。随着鼠标在受控环境中自由地移动,所述神经探针能够从一个单一的神经元上的活动拾取。监视这个活动可以给科学家大脑活动的更高分辨率的图片,并可以在剪裁治疗和长期植入大脑的各种神经疾病有所帮助。

“我们希望通过展示概念证明了这一点,人们可以利用这种技术,使不同的设备,很快,” hyunwoo议员,一名研究生在赵的在澳门太阳城最新网站研究小组说。 “他们可以改变设计,运行打印代码,并生成在30分钟内一个新的设计。希望这将简化的神经接口,完全由软材料的开发“。

议员赵今天发表他们的研究结果在该杂志 自然通讯。他们的共同作者包括宝杨路与江西科技师范大学的徐京昆与沉琳和医学zheijiang大学的学校建红罗一起。

球队印刷几个软电子设备,包括一个小的,橡胶状电极。

从肥皂水牙膏

导电聚合物是一类材料,科学家们近年来热切探索其独特的塑料状的灵活性和类似金属的导电性的组合。导电聚合物在商业上用作抗静电涂层,因为它们可以有效地带走的是堆积在电子等易受静电表面的任何静电电荷。

“这些聚合物溶液易于喷洒在像触摸屏的电子设备,”议员说。 “但液体形式多为均匀的涂层,这是很难用这个任何二维的,高分辨率的图案。在3D中,这是不可能的。”

育和他的同事的理由是,如果他们可以开发一个可印刷的导电聚合物,它们可以然后使用材料来打印软,错综复杂的图案化的电子设备,诸如柔性电路,和单神经元电极的主机。

在其新的研究,该球队报告修改的聚(3,4-亚乙基)聚苯乙烯磺酸酯,或PEDOT:PSS,导电聚合物典型地在一个漆黑,深蓝色液体的形式提供。该液体是水和PEDOT的纳米纤维的混合物:PSS。液体从这些纳米纤维,其中,当它们接触,作为一种隧道通过它的任何电荷可以流动的得到其电导率。

如果研究人员对这种聚合物送入在其液体形式的三维打印机,其将简单地穿过下垫面流血。所以找了一个办法把团队加厚聚合物,同时保留了材料的固有导电性。

他们第一冷冻干燥的材料,除去液体并留下干燥基质,或海绵,纳米纤维的后面。单独留在家中,这些纳米纤维会变脆,龟裂。因此研究人员然后再混合与水的溶液和有机溶剂,其中他们以前开发的纳米纤维,形成水凝胶 - 嵌有纳米纤维的水性,橡胶材料。

它们由具有不同浓度的纳米纤维的水凝胶,并发现,通过纳米纤维重量的5至8%的范围内产生的牙膏状材料,这是既导电且适合于馈送到三维打印机。

“起初,它像肥皂水,”赵说。 “我们凝聚的纳米纤维,使其粘性像牙膏,因此我们可以捏出来的稠的液体打印。”

按需植入物

研究者馈送的新的导电聚合物成传统的3D打印机和发现,他们可以产生保持稳定和导电复杂的图案。

作为概念验证,它们印刷在小的橡胶电极,约一块纸屑的的大小。所述电极由柔性的,透明的聚合物层,在其上它们然后印刷导电聚合物,在会聚在尖端细,平行线,测量约10个微米宽的 - 小到足以从单一神经元拾取电信号。

澳门太阳城最新网站的研究打印使用新的3 d-印刷技术和导电聚合物墨水的柔性电路(此处示出)和其他软电气装置。  

队在小鼠的脑中植入电极,并发现它可以从一个单一的神经元拾取电信号。

“传统上,电极是刚性的金属线,并且一旦有振动,这些金属电极会损坏组织,” Zhao说。 “我们现在已经证明,你可以插入,而不是一针凝胶探头。”

原则上,这样的软,基于水凝胶的电极甚至可能比传统的金属电极更敏感。这是因为大多数金属电极进行电中的电子的形式,而在脑的神经元中的离子的形式产生电信号。由大脑需要产生的任何离子电流被转换成电信号,该电信号的金属电极可以注册 - 这可导致翻译迷路的信号的一些部分的转化率。更重要的是,离子只能在其表面的金属电极,其可以限制离子的浓度相互作用使得电极可以在任何给定时间检测。

基于水的材料,其离子能够自由地通过 - 相反,该球队的软电极由电子传导纳米纤维嵌入的水凝胶制成。

“导电聚合物水凝胶的优点在于,它的软的机械性能的顶部,它是由水凝胶,这是离子导电的,并且还纳米纤维,其中所述离子可出入的,流动的多孔海绵”鲁说。 “这是因为电极的整个体积是活动的,它的灵敏度提高。”

除了神经探针,球队也制造的多电极阵列 - 的塑料小,后它大小的正方形,印有非常薄的电极,在其上研究人员还印有圆形塑料孔。神经学家通常填充这样的阵列的孔中与培养的神经元,并且可以通过由该设备的底层电极检测到的信号研究它们的活性。

此演示,该组发现,他们可以使用三维打印复制这样的阵列的复杂的设计,与传统的光刻技术,其

涉及仔细地蚀刻金属,如金,成规定的图案,或掩模 - 这个过程可能需要数天来完成一个单一的设备。

“我们使用3D打印,在不到一个小时使此设备的相同的几何形状和分辨率,”议员说。 “这个过程可以替代或补充光刻技术,作为一个简单和更便宜的方式,使各种神经装置,根据需要。”


主题: 3-d印刷, 生物工程, 土木与环境工程, 电子产品, 机械工业, 研究, 工程学院, 神经科学, 脑与认知科学

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