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  近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心杜學(xué)敏副研究員團(tuán)隊(duì)和微納系統(tǒng)與仿生醫(yī)學(xué)研究中心吳天準(zhǔn)研究員團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)出新型可自適應(yīng)形變的高密度寬幅柔性神經(jīng)電極，在近人體體溫條件下可由微管狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟A(yù)設(shè)曲率的展開(kāi)狀態(tài)，從而有效貼合曲面組織，有望提升神經(jīng)電極的刺激效率。相關(guān)研究結(jié)果以Self‐Unfolding Flexible Microelectrode Arrays Based on Shape Memory Polymers（《基于形狀記憶高分子的可自展開(kāi)柔性電極陣列》）為題在線(xiàn)發(fā)表于Advanced Materials Technologies。杜學(xué)敏和吳天準(zhǔn)是該論文的共同通訊作者，杜學(xué)敏課題組助理研究員王娟為論文第一作者。

  基于神經(jīng)電極刺激的人工視覺(jué)系統(tǒng)能夠恢復(fù)視網(wǎng)膜退行性疾病患者的部分感光能力和視覺(jué)能力，為患有黃斑病變等臨床上無(wú)法治療的致盲性疾病的失明患者帶來(lái)了巨大的福音。為獲得較好的刺激分辨率、刺激范圍和刺激效率，人工視覺(jué)系統(tǒng)的神經(jīng)電極需具備高密度的電極位點(diǎn)、覆蓋視網(wǎng)膜較大的區(qū)域、且能有效貼合具有特定曲率的視網(wǎng)膜表面。為加工出具備以上特性的神經(jīng)電極，需選取合適柔性基底，且電極必然有著較大的尺寸。然而，限于眼球內(nèi)狹小空間和眼部植入手術(shù)可接受的較小切口尺寸，具有較大尺寸的神經(jīng)電極面臨植入的極大困難。為解決以上矛盾，杜學(xué)敏團(tuán)隊(duì)基于前期材料形變控制（Research, 2019, 2019, 6398296; Matter 2019, 1(3), 626; Advanced Materials, 2017, 29, 1702231; Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120）和形狀記憶高分子（Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1801027；Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 24748-24755）的研究經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新性地將相變溫度在近人體體溫附近的醫(yī)用形狀記憶高分子用作高密度（126通道）寬幅柔性神經(jīng)電極的功能化涂層（圖1a），從而賦予了神經(jīng)電極的按需塑形和形變能力。

圖1 (a)具有形狀記憶高分子涂層的柔性神經(jīng)電極示意圖。(b) 自展開(kāi)智能柔性神經(jīng)電極的微創(chuàng)植入貼合視網(wǎng)膜示意圖。(c) 有效貼合在視網(wǎng)膜上高密度寬幅神經(jīng)電極有望獲得更好的刺激效率和更寬的視野。

  研究發(fā)現(xiàn)，具有形狀記憶高分子涂層的高密度寬幅神經(jīng)電極可在室溫下塑形為直徑約為2毫米的微管臨時(shí)形狀，從而適用于眼球內(nèi)的微創(chuàng)植入；在近人體體溫的溫度條件下，該電極可在類(lèi)似人體眼球高黏度環(huán)境的硅油中自展開(kāi)成具有預(yù)設(shè)曲率的永久形狀，從而有效貼合視網(wǎng)膜（圖1b）。這種神經(jīng)電極由于有著較高密度的電極位點(diǎn)和較傳統(tǒng)電極更大的尺寸，有望獲得高分辨、寬可視角的刺激視野（圖1c）。并且，由于基底材料間合適的力學(xué)性能匹配度，這種高精度的神經(jīng)電極在反復(fù)的卷曲和展開(kāi)過(guò)程中依然可以保持較好的電極連接有效性。

  該項(xiàng)研究報(bào)道的新型神經(jīng)電極將有極大希望改善目前人工視覺(jué)系統(tǒng)可獲得的刺激效率和刺激視野；并且這種基于智能材料進(jìn)行功能化的設(shè)計(jì)思路將引導(dǎo)未來(lái)形狀自適應(yīng)神經(jīng)電極的研發(fā)，有望實(shí)現(xiàn)更高效的神經(jīng)刺激和信號(hào)記錄。該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFA0701303）、國(guó)家自然科學(xué)基金（21404116, 51903245）、廣東省（2015TQ01R292）、深圳市（JCYJ20180507182051636, KQJSCX20180330170232019）等的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.201900566