私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

搜索:  
四川大學(xué)衛(wèi)丹/范紅松 Mater. Horiz.:多巴胺整合的全凝膠多電極陣列用于神經(jīng)活動記錄
2024-10-14  來源:高分子科技

  導(dǎo)電凝膠由于具有類組織的力學(xué)強(qiáng)度和高含水量特性,是構(gòu)建生物活性界面的首選材料。全凝膠神經(jīng)電極通過集成凝膠基導(dǎo)電傳感層和絕緣封裝層,能夠最大限度地減少傳統(tǒng)金屬電極植入帶來的炎癥反應(yīng)和膠質(zhì)瘢痕生成。通常的導(dǎo)電凝膠需要整合導(dǎo)電填料(金屬納米顆粒、導(dǎo)電聚合物、碳納米管等)來獲得較高的導(dǎo)電性。但是,添加的剛性導(dǎo)電填料往往會降低電極的柔性并增加其力學(xué)強(qiáng)度,從而導(dǎo)致腦組織-電極界面的機(jī)械失配。此外,電極層-絕緣層、絕緣層-組織層之間的界面粘附性能直接影響神經(jīng)電信號的監(jiān)測質(zhì)量。本研究通過雙策略誘導(dǎo)的PEDOT:PSS相分離構(gòu)建出具有超高電導(dǎo)率的導(dǎo)電凝膠材料,并獲得優(yōu)于金屬電極材料的信噪比。進(jìn)一步地,通過多酚化學(xué)介導(dǎo)的層間粘附,制備了具有絕緣層-傳感層-屏蔽層等多層結(jié)構(gòu)整合的多電極陣列,并成功應(yīng)用于大鼠癲癇信號記錄與電刺激加載。



  近日,四川大學(xué)范紅松教授、衛(wèi)丹博士等設(shè)計(jì)開發(fā)了一種具有絕緣層-傳感層-屏蔽層等多層結(jié)構(gòu)整合全凝膠神經(jīng)電極,通過多巴胺(DA/激光雙策略處理誘導(dǎo)PEDOT:PSS的可控相分離,獲得具有超高電導(dǎo)率的導(dǎo)電凝膠傳感層,并通過整合DA修飾的絲素封裝層以及復(fù)合Mxene的電磁屏蔽層,實(shí)現(xiàn)了多酚化學(xué)介導(dǎo)的多層結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)定界面粘附。由于傳感層材料的超高導(dǎo)電性與多層界面之間的穩(wěn)定性,該電極具有極高的電信號檢測精度和遠(yuǎn)優(yōu)于商用銀電極的信噪比。并進(jìn)一步通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明,該電極能夠準(zhǔn)確監(jiān)測癲癇大鼠腦組織內(nèi)單個和多個神經(jīng)元的微弱神經(jīng)活動信號,并能在癲癇發(fā)作期間對其大腦皮層實(shí)施電刺激,為神經(jīng)退行性疾病的研究提供了有力工具。


1.激光/DA雙策略誘導(dǎo)PEDOT:PSS相分離構(gòu)象轉(zhuǎn)化,從而促進(jìn)其電化學(xué)性能增強(qiáng)


  PEDOT:PSS為兩相分布的導(dǎo)電高分子,其中疏水的PEDOT+為導(dǎo)電相,親水的PSS-為絕緣相。誘導(dǎo)PEDOTPSS兩相分離是調(diào)控PEDOT:PSS凝膠電導(dǎo)率的主要手段。該研究團(tuán)隊(duì)利用DAPSS之間的正負(fù)電荷相互作用,削減PEDOTPSS之間的庫侖力,初步促進(jìn)PEDOT:PSS的相分離,隨后利用激光進(jìn)一步調(diào)控PEDOT:PSS的相分離程度。激光的高分辨率加工特性賦予了其精細(xì)的多陣列電極(MEAs)設(shè)計(jì)能力,能夠在誘導(dǎo)PEDOT:PSS相分離的同時(shí)實(shí)現(xiàn)圖案化電路的生成。此外,激光熱效應(yīng)能夠促進(jìn)絕緣PSS的熱解,進(jìn)一步提升體系中PEDOT的比例。結(jié)果證實(shí),雙策略處理后的PEDOT:PSS中檢測到更高的載流子含量,并展現(xiàn)出更強(qiáng)的電化學(xué)性能和更高的電導(dǎo)率。


2.封裝層電磁屏蔽層設(shè)計(jì)


  引入絕緣封裝層是避免多通道記錄中信號串聯(lián)干擾的關(guān)鍵。該團(tuán)隊(duì)采用DA修飾的天然高分子絲素蛋白(SF)作為封裝材料,并通過聚乙二醇二縮水甘油醚(PEGDE)交聯(lián)制備出絲素基凝膠(PSFD)封裝層,PSFD凝膠展現(xiàn)出良好的拉伸性、光學(xué)透明度和組織匹配的機(jī)械模量。同時(shí),通過引入復(fù)合MxeneDA修飾透明質(zhì)酸(HAD)凝膠制備出能夠免除電磁干擾EMI)的凝膠屏蔽層(MHD),MHD三維多孔結(jié)構(gòu)及內(nèi)部Mxene的層狀結(jié)構(gòu)有利于電磁波的反射和散射耗散,使其具有優(yōu)異的EMI屏蔽性能。結(jié)果證實(shí),MHD在常見電磁波的X波段表現(xiàn)出43.2 dB的高屏蔽效能,能夠有效阻擋超過96.64%的入射電磁波,且濕環(huán)境更有利于EMI屏蔽功能,有利于神經(jīng)電極在應(yīng)用中減少環(huán)境噪聲、提高信噪比。


3. 全凝膠電極的制備及表征


  全凝膠神經(jīng)電極的制備過程展示如下:PSFD絕緣封裝層上沉積DA摻雜的PEDOT:PSS薄膜,經(jīng)激光蝕刻形成16通道圖案,再經(jīng)過后清洗處理形成MEAs;在獲得的MEAs上覆蓋另一層PSFD絕緣封裝層,并選擇性地進(jìn)行二次激光蝕刻以暴露電極點(diǎn);最后再覆蓋MHD屏蔽層,以形成具有四層結(jié)構(gòu)的神經(jīng)電極。該電極通過DA在各層間的引入,實(shí)現(xiàn)了層間的緊密集成與穩(wěn)定的界面適應(yīng)性,確保了神經(jīng)信號采集的可靠性和穩(wěn)定性。


4. 在體多通道局部場電位(LFP)監(jiān)測


  隨后,使用該神經(jīng)電極檢測體內(nèi)電皮質(zhì)圖(ECoG)記錄探究神經(jīng)活動。在4-氨基吡啶(4-AP)誘導(dǎo)的大鼠癲癇模型中,該神經(jīng)電極展現(xiàn)出優(yōu)異的LFP捕獲能力,能夠記錄癲癇大鼠在靜息態(tài)、癲癇態(tài)和電神經(jīng)調(diào)控后的恢復(fù)態(tài)下的相關(guān)信號。結(jié)果顯示,LFP振幅在靜息態(tài)保持低水平;癲癇發(fā)作期間振幅快速波動并隨病程進(jìn)展增大,出現(xiàn)典型尖波;電刺激后振幅穩(wěn)定并基本恢復(fù)正常。多通道LFP信號的時(shí)頻譜圖反映了癲癇發(fā)作期間異常神經(jīng)元放電導(dǎo)致的頻譜功率增強(qiáng),以及電神經(jīng)調(diào)節(jié)誘導(dǎo)的能量降低。與常規(guī)金屬電極相比,凝膠電極記錄的信號信噪比幾乎高出10倍,且背景噪聲更低,且在植入兩周后仍保持較高信噪比和LFP振幅水平。


5. 在體多通道動作電位(AP)監(jiān)測


  由于MEAs的加工精度(約15 μm)與神經(jīng)元尺寸相匹配(小于100 μm),全神經(jīng)電極極實(shí)現(xiàn)了對單個或多個神經(jīng)元動作電位的精準(zhǔn)監(jiān)測。在4-AP誘導(dǎo)的大鼠癲癇模型中,通過閾值法進(jìn)一步研究了神經(jīng)元尖峰行為,發(fā)現(xiàn)多通道記錄的動作電位幾乎同時(shí)出現(xiàn),與異常神經(jīng)元的同步放電相關(guān)。通過計(jì)算不同記錄通道相對于通道1的尖峰時(shí)間延遲,發(fā)現(xiàn)記錄的電信號顯示出明顯的規(guī)律性和位置依賴性,符合癲癇持續(xù)狀態(tài)的異常神經(jīng)元放電特征。并且,通過電神經(jīng)調(diào)節(jié)能夠有效抑制癲癇樣放電活動。此外,該全凝膠神經(jīng)電極在顱內(nèi)植入2周后未引起明顯的組織損傷或炎癥反應(yīng),顯示出其在臨床診斷、監(jiān)測和治療中的長期應(yīng)用前景。


  總結(jié):該研究團(tuán)隊(duì)制備了一種多層集合的全凝膠神經(jīng)電極,通過雙策略誘導(dǎo)的PEDOT:PSS相分離實(shí)現(xiàn)傳感層的超高導(dǎo)電性,并結(jié)合多酚化學(xué)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的層間粘附性。基于此,該神經(jīng)電極獲得了卓越的電化學(xué)穩(wěn)定性。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,該神經(jīng)電極能精準(zhǔn)記錄癲癇大鼠的LFP信號,且能夠區(qū)分兩個不同神經(jīng)元的尖峰信號。同時(shí),該神經(jīng)電極還能在癲癇發(fā)作期間向大鼠大腦皮層提供人工電刺激。這些結(jié)果都證明了該全凝膠神經(jīng)電極在研究神經(jīng)退行性疾病發(fā)展、功能及治療中的巨大潛力


  以上研究成果近期以“Dopamine-integrated all-hydrogel multi-electrode arrays for neural activity recording”為題,發(fā)表在《Materials Horizons》上。四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院/國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心曾明澤博士為文章第一作者,范紅松教授和衛(wèi)丹博士后為文章的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、四川省自然科學(xué)基金等資助。


  原文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d4mh00939h

版權(quán)與免責(zé)聲明:中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章。刊物或媒體如需轉(zhuǎn)載,請聯(lián)系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
(責(zé)任編輯:xu)
】【打印】【關(guān)閉

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞
主站蜘蛛池模板: 于都县| 容城县| 金堂县| 育儿| 宣武区| 蓝田县| 图们市| 精河县| 天全县| 龙州县| 突泉县| 察雅县| 海丰县| 彭水| 广灵县| 涟水县| 山东省| 泰来县| 依兰县| 东丰县| 多伦县| 长治县| 招远市| 通化市| 禄丰县| 宁津县| 张掖市| 隆昌县| 莱州市| 神池县| 囊谦县| 射洪县| 莲花县| 侯马市| 民勤县| 扬州市| 西吉县| 慈利县| 土默特右旗| 太保市| 花垣县|