1. Sfond Tekniku u Sinifikat

Arrays ta 'elettrodi ta' microneedle stretchable ħafna jistgħu jippenetraw is-saffi superfiċjali ta 'tessuti bijoloġiċi, jadattaw għad-deformazzjoni kkawżata mill-moviment tat-tessuti, u jiksbu sensing immirat u stimulazzjoni elettrika f'organiżmi ħajjin permezz ta' approċċ minimament invażiv. Huma jipprovdu interface bijoelettroniku stabbli, itejbu l-kwalità tar-reġistrazzjoni tas-sinjali, u jnaqqsu l-ħsara fit-tessuti, u b'hekk isibu applikazzjonijiet wiesgħa fin-newroxjenza, l-inġinerija tat-tessuti u l-bijoelettronika li jintlibes.

It-teknoloġija attwali tal-microneedle għandha limitazzjonijiet sinifikanti: il-maġġoranza l-kbira tal-microneedles m'għandhomx stretchability, u huwa diffiċli li jiġu personalizzati parametri bħad-distribuzzjoni tat-tul u ż-żona ta 'skoperta tal-elettrodi tal-microneedle fil-livell tal-apparat individwali. Ir-raġunijiet ewlenin jinsabu fl-inkompatibilità bejn il-proċessi tal-manifattura ta 'elettrodi microneedle riġidi u materjali flessibbli li jiġġebbed, kif ukoll l-isfidi tekniċi fl-integrazzjoni tal-materjal u l-mudell tal-istruttura tridimensjonali (3D) ta' microneedles.

2. Tim ta' Riċerka u Pubblikazzjoni ta' Kisbiet

Il-grupp ta 'riċerka mmexxi minn Hangbo Zhao mid-Dipartiment tal-Inġinerija Aerospazjali u Mekkanika u d-Dipartiment tal-Inġinerija Bijomedika fl-Università tan-Nofsinhar ta' Kalifornja (USC) (ma' Qina Zhao, studenta tad-dottorat fid-dipartiment, bħala l-ewwel awtur), b'kollaborazzjoni mal-gruppi ta 'riċerka ta' Rhanor Gillette u Mattia Gazzola mill-Università ta 'Illinois f'Urbana-Artiklu ta' kopertura ppubblikat f'Champaign (UIUC),Avvanzi tax-Xjenza. L-artikolu jirrapporta l-applikazzjonijiet tad-disinn, manifattura u sensing elettrofiżjoloġiku ta 'tip ġdid ta' firxa ta 'elettrodi microneedle stretchable, li jista' jservi bħala interface bijoelettroniku effiċjenti. Pereżempju, intuża biex jinstabu sinjali elettromijografiċi intramuskolari (EMG) minn diversi gruppi ta 'muskoli fir-reġjun buccal ta' Aplysia (liebri tal-baħar).

Il-fokus tar-riċerka tal-grupp ta' Zhao ġej mill-interess tagħhom fil-mekkaniżmi tal-moviment tal-muskoli ta' annimali artab-bħat-tiġbid u t-tgħawwiġ tat-tentakli tal-qarnit, u t-tkaxkir u l-għalf tal-balel tal-baħar. L-istudju tal-mekkaniżmu ta' azzjoni kkoordinata ta' gruppi ta' multi-muskoli mqassma fl-ispazju 3D huwa ta' sinifikat kbir fl-oqsma tal-bijoloġija, il-bijonika, u r-robotika.

3. Innovazzjonijiet Teknoloġiċi Ewlenin

Skema ta' Manifattura Ibrida: Metodu ta 'manifattura uniku li jgħaqqad l-inċiżjoni bil-lejżer, il-mikrofabbrikazzjoni u l-istampar tat-trasferiment huwa adottat biex joħloq b'suċċess firxa ta' elettrodi ta 'mikroneedle li tiġġebbed ħafna (b'rata ta' stretch ta '60%-90%) u indirizzabbli individwalment. Permezz ta 'proċessi bi prezz baxx u skalabbli, il-morfoloġija, it-tul, iż-żona ta' sejbien, l-impedenza u t-tqassim tal-elettrodi tal-microneedle jistgħu jiġu personalizzati b'mod flessibbli.

Regolament taż-Żona ta 'Sejbien ta' Elettrodu: Huwa ivvintat metodu ġdid ta 'inċiżjoni tal-idroġel 3D, li jippermetti inċiżjoni selettiva ta' microneedles fi ftit sekondi, u jiżgura li r-reġjun tal-ponta tal-elettrodu biss jibqa 'konduttiv. Bit-teknoloġija ta 'l-inċiżjoni kimika ta' l-idroġel-, iż-żona ta 'skoperta ta' l-elettrodu tat-tarf tista 'tiġi rregolata b'mod preċiż għal microneedles ta' tulijiet differenti, u b'hekk jiskopru sinjali tat-tessuti f'fond differenti.

Disinn Strutturali u Materjali: Il-firxa ta 'elettrodi microneedle tikkonsisti minn elettrodi microneedle polyimide u wajers ta' konnessjoni elastiċi serpentine. Wara li jkun miksi b'saff konduttiv tad-deheb, huwa marbut b'mod kovalenti ma 'elastomer tas-silikonju, li mhux biss jiżgura stretchability għolja iżda wkoll jevita kwistjonijiet ta' tqaxxir waqt l-użu.

Dijagramma skematika tal-passi tal-fabbrikazzjoni għal arrays ta 'elettrodi ta' microneedle stretchable.

Ittestjar ta 'stretchability ta' arrays ta 'elettrodi ta' microneedle stretchable

4. Verifika u Effetti Sperimentali

Xenarju Sperimentali: Fl-esperiment ta 'skoperta ta' sinjali EMG intramuskolari mir-reġjun buckali ta 'Aplysia iżolata, elettrodi microneedle ta' tulijiet differenti ġew imdaħħla fi gruppi ta 'muskoli differenti. L-elettrodi jistgħu jsegwu d-deformazzjoni tal-muskoli tal-ħalq u jirreġistraw b'mod stabbli sinjali EMG minn kull grupp ta 'muskoli.

Tqabbil tal-Prestazzjoni: Meta mqabbel mas-sinjali EMG tal-wiċċ irreġistrati minn arrays ta 'elettrodi microneedle planari, is-sinjali EMG intramuskolari rreġistrati minn dan l-elettrodu tal-microneedle stretchable huma aktar b'saħħithom u aktar speċifiċi. Dan juri li jista 'jsib b'mod effettiv sinjali minn tessuti attivi fil-fond f'organiżmi ħajjin u jista' jintuża wkoll bħala għodda għall-istimulazzjoni elettrika ta 'tessuti fondi, li jipprovdi appoġġ għar-riċerka bijoloġika u newroxjenza.

Verifika tal-Kapaċitajiet Ewlenin: L-esperiment juri bis-sħiħ li dan l-elettrodu microneedle għandu l-abbiltà li jservi bħala interface bijoelettroniku 3D, jibbilanċja r-riġidità strutturali u l-flessibilità materjali tal-microneedles. Ir-riġidità relattivament għolja tippermetti li tiddaħħal b'mod stabbli fit-tessuti bijoloġiċi, filwaqt li l-għoli stretchability tiżgura adeżjoni stretta ma 'tessuti bijoloġiċi rotob u li jiċċaqilqu.

Twettqu kejl in vitro ta 'sinjali elettromijografiċi intramuskolari u tal-wiċċ fil-muskoli buckali Aplysia bl-użu ta' arrays ta 'elettrodi ta' microneedle stretchable u arrays ta 'mikroelettrodi ċatti.

Dawn l-eżempji sperimentali juru l-kapaċità ta' dawn l-elettrodi microneedle li jservu bħala interface bijo-elettroniku 3D.

5. Prospetti ta' Applikazzjoni tal-Ksib

Bħala interface bijoelettroniku avvanzat, din il-firxa ta 'elettrodi ta' microneedle stretchable għandha valur ta 'applikazzjoni potenzjali f'diversi oqsma:

Sensing elettrofiżjoloġiku fil-qasam ta' l-interfaces tal-moħħ-kompjuter;

Sensjar elettrokimiku ta' fluwidu interstizjali tal-ġilda;

Stimulazzjoni elettrika tat-tessuti newrali u tal-muskoli.

6. Aċċess għall-Karta

Link għad-dokument ta' riċerka rilevanti: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn7202