精确测量大脑活动对于进一步了解癫痫等影响大脑功能和运动控制的疾病至关重要。高空间分辨率的神经探针是记录和刺激大脑特定功能区所必需的。现在,石墨烯旗舰公司的研究人员已经开发出一种新设备,可以在保持良好信噪比(SNR)的同时,以高分辨率记录大脑活动。基于石墨烯场效应晶体管,柔性器件为功能性植入物和接口的发展开辟了新的可能性。
这项研究发表在二维材料,是一项涉及旗舰合作伙伴慕尼黑工业大学(TU Munich;德国),August Pi i Sunyer生物调查研究所(IDIBAPS;西班牙),西班牙国家研究委员会(CSIC;生物工程、生物材料和纳米医学生物医学研究网络中心(CIBER-BBN;西班牙)和加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所(ICN2;西班牙)。
这些设备被用来记录大鼠癫痫前活动产生的大信号,以及睡眠和视觉刺激时大脑活动的小水平。这些类型的活动产生的电信号要小得多,与典型的大脑活动水平相当。神经活动是通过神经元放电时产生的高度局部的电场来检测的,所以密集的、超小型的测量设备对准确的大脑读数很重要。
神经探针直接放置在大脑表面,因此安全性对于石墨烯神经植入装置的发展至关重要。重要的是,研究人员确定基于石墨烯的探针是无毒的,并且不会引起任何明显的炎症。
植入大脑的设备作为治疗性脑刺激技术的神经假体和感觉和运动设备的接口,如假肢,是提高患者生活质量的重要目标。这项工作代表了在研究和临床神经设备中使用石墨烯的第一步,表明基于石墨烯的技术可以提供这些应用所需的高分辨率和高信噪比。
第一作者Benno Blaschke(慕尼黑工业大学)说:“石墨烯是少数几种可以在晶体管配置中进行记录的材料之一,同时符合神经探针的所有其他要求,如灵活性、生物相容性和化学稳定性。虽然石墨烯非常适合柔性电子产品,但将我们的制造工艺从刚性基板转移到柔性基板是一个巨大的挑战。下一步是优化晶圆级制造工艺,提高器件的灵活性和稳定性。”
何塞·安东尼奥·加里多(ICN2)领导了这项研究。他说:“机械顺应性是安全神经探针和接口的重要要求。目前,研究的重点是能够适应大脑表面的超软材料。石墨烯神经接口已经显示出巨大的潜力,但我们必须提高产量和设备生产的均匀性,以便向真正的技术迈进。一旦我们在动物研究中证明了概念的证明,下一个目标将是在术中绘制大脑时使用石墨烯设备进行首次人体临床试验。这意味着解决与医疗器械相关的所有监管问题,如安全性、生物相容性等。”
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