长时间记录大脑中大量单个神经元的活动对于进一步理解神经回路、实现基于新型医疗设备的治疗以及未来需要高分辨率电生理信息的脑机接口至关重要。
但是今天，在植入设备可以测量多少高分辨率信息和它能维持多长时间的记录或刺激性能之间存在权衡。带有许多传感器的刚性硅植入物可以收集大量信息，但不能在体内停留很长时间。灵活的、更小的设备侵入性更小，可以在大脑中持续更长的时间，但只能提供一小部分可用的神经信息。
最近，来自哈佛大学John a . Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的一个跨学科研究小组与德克萨斯大学奥斯汀分校、麻省理工学院和Axoft公司合作，开发了一种带有数十个传感器的软性植入式设备，可以稳定地记录大脑中单个神经元的活动长达数月。
这项研究发表在《自然纳米技术》杂志上。
“我们已经开发出单细胞分辨率的脑电子接口，它比传统材料更具生物学适应性，”该论文的第一作者保罗·勒·弗洛赫(Paul Le Floch)说，他曾是海洋工程学院生物工程助理教授刘佳实验室的研究生。“这项工作有可能彻底改变神经记录和刺激以及脑机接口的生物电子学设计。”
Le Floch目前是Axoft, Inc .的首席执行官，该公司于2021年由Le Floch, Liu和前哈佛大学Park集团研究生和博士后叶天阳共同创立。哈佛大学技术开发办公室保护了与这项研究相关的知识产权，并将该技术授权给Axoft进行进一步开发。
为了克服高分辨率数据速率和寿命之间的权衡，研究人员转向了一组被称为氟化弹性体的材料。氟化材料，如特氟龙，具有弹性，在生物流体中稳定，具有优异的长期介电性能，并且与标准的微加工技术兼容。
研究人员将这些氟化介电弹性体与一堆软微电极(总共64个传感器)集成在一起，开发出一种持久耐用的探针，比聚酰亚胺或聚对二甲苯等工程塑料材料制成的传统柔性探针柔软10,000倍。
该团队在体内演示了该设备，在几个月的时间里记录了小鼠大脑和脊髓的神经信息。
“我们的研究强调，通过精心设计各种因素，设计出长期稳定的神经界面的新型弹性体是可行的，”刘说，他是该论文的通讯作者。“这项研究可以扩大神经接口设计的可能性范围。”
跨学科的研究团队还包括SEAS教授Katia Bertoldi、Boris Kozinsky和Zhigang Suo。
Le Floch说:“设计新的神经探针和接口是一个非常跨学科的问题，需要生物学、电子工程、材料科学、机械和化学工程方面的专业知识。”
该研究由赵思远、刘仁、Nicola Molinari、Eder Medina、沈浩、王哲良、金俊秀、盛浩、Sebastian Partarrieu、王文博、Chanan Sessler、张国高、Park hyun - su、Gong Xian、Andrew Spencer、Lee Jongha、Ye Tianyang、Tang Xin、Wang Xiao和Nanshu Lu共同撰写。
