有望利用电子药等多种软性生物电子器件治疗周围神经

大邱庆北科学技术院(DGIST)20日表示,机器人与机械电子工程系教授 Kim Sohee 研究团队开发出一种无需损伤神经、即可安全包覆神经的电极。


此次开发的电极利用软体驱动(致动)技术,可由平坦的二维形态变为三维结构是其一大特点。预计将有望应用于以外周神经为对象的电子药物等多种新一代软体生物电子器件。

基于柔性驱动方式的袖带电极。DGIST提供

基于柔性驱动方式的袖带电极。DGIST提供

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神经电极是一种通过神经测量传导电信号,或通入微弱电流以刺激神经的装置。可帮助神经受损患者恢复肢体活动,或通过刺激特定神经来减轻疼痛。


但如果神经与电极不能充分接触,就难以准确测量信号,也难以传递预期的刺激。现有的袖套电极通过包裹神经的方式进行固定,但神经结构类似光滑的电线,电极存在打滑或旋转的风险。为防止这一情况,通常会将电极拧得较紧,在此过程中神经可能受到挤压,导致血流减少甚至发生损伤。


为克服传统袖套电极的局限,研究团队开发出了“软体驱动型袖套电极(soft-actuated cuff electrode)”,使电极能够自行弯曲并包裹神经。


该电极通过柔和弯曲来包覆神经,无需缝合即可实现稳定固定。由于无需对神经施加过度束缚即可保持贴合力,因此比现有电极更加安全。


研究团队在电极部分区域采用了三维凸起结构设计。在减少与神经接触面积的同时提高贴合力,从而在不损伤神经的前提下,获得更清晰的神经信号。

左为DGIST机器人及机电电子工程系教授 Kim Sohee,右为MIT机械工程系博士后研究员 Moon Hyunmin。DGIST提供

左为DGIST机器人及机电电子工程系教授 Kim Sohee,右为MIT机械工程系博士后研究员 Moon Hyunmin。DGIST提供

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在实际外周神经长期实验中发现,在不损伤神经的情况下,电极能够准确测量神经信号,并且可以选择性地只刺激目标神经。尤其是由于电极的三维结构既能与神经紧密贴合,又将压力降至最低,神经组织未出现损伤,神经功能也未受到影响。


Kim 教授表示:“本研究为包覆外周神经、迷走神经等的袖套形态电极提出了新的概念。随着实现长期高质量神经信号监测以及最小电流刺激成为可能,今后有望应用于体内植入型电子药物等多种生物电子器件。”



本研究由 Kim Sohee 教授担任通讯作者,麻省理工学院(MIT)机械工程系博士后研究员 Moon Hyunmin 博士担任第一作者。韩国脑研究所高级研究员 Chu Namsun、庆北大学医院神经外科教授 Park Gisoo 参与了研究。本次研究成果被国际学术期刊《Advanced Materials》选为封底封面论文(Back Cover)。


本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。

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