Dans les années 1980, l’invention de l’utah Array et du Michigan Array a permis aux neuroscientifiques d’enregistrer pour la première fois l’activité de décharge de centaines de neurones simultanément. Ces réseaux de microélectrodes à base de silicium excellent dans les expériences aiguës – avec un rapport signal sur bruit élevé et une résolution spatiale précise.

Mais lorsque les électrodes ont besoin d'une implantation à long terme, un problème est progressivement apparu: le signal a continué à s'atténuer pendant des semaines à des mois et a finalement complètement disparu.

Les chercheurs ont constaté que la racine du problème n'était pas dans la conception électronique des électrodes, mais dans la « guerre mécanique» entre les électrodes et le cerveau. Le module de Young du silicium est d'environ 190 GPA, alors que le module du tissu cérébral est seulement de 1 à 10 kPa. Cette désadaptation mécanique de plus de 6 ordres de grandeur fait que chaque minuscule mouvement cérébral – respiration, battement de cœur, rotation de la tête – provoque des lésions à l’interface électrode - tissu. Les dommages déclenchent une réponse immunitaire, où les astrocytes et la microglie forment une enveloppe cicatricielle gliale autour de l'électrode, l'isolant physiquement des neurones. 13 mois après l'implantation d'une électrode en fil d'acier inoxydable classique, l'épaisseur de la couche d'enrobage dépasse 451 µm. Les neurones se dégradent et meurent progressivement, et les signaux disparaissent avec eux.

II. Microélectrodes intracorticales: définition et classification

Les réseaux de microélectrodes intracorticales implantables sont des dispositifs d'Interface neuronale invasifs qui pénètrent directement dans le cortex cérébral et sont implantés à l'intérieur du tissu nerveux, capables d'enregistrer le potentiel d'action (Spike) d'un ou de plusieurs neurones. Selon la structure de l'électrode, il est principalement classé dans les types suivants:

• Utah array (réseau d'électrodes de l'Utah)- matrice de microélectrodes pénétrantes à base de silicium tridimensionnel, 96 canaux traditionnels, Nouvelle électrode graduée pour atteindre une densité plus élevée.
• Réseau d'électrodes du Michigan (Michigan Array)- une sonde plane à base de silicium qui distribue linéairement plusieurs sites d'enregistrement le long du manche de la sonde.
• Sonde neuropixels- sonde haute densité à base de silicium avec 960 sites d'enregistrement intégrés sur une seule tige.
• Électrodes flexibles à base de polymères- en utilisant Pi, Parylene - C, LCP, PEEK et d'autres matériaux flexibles comme substrats, la construction de modèles de conductivité à l'aide de techniques de micro - usinage avancées a montré un rapport signal / bruit plus stable et un rendement unitaire dans une expérience comparative de 4 semaines dans la région cérébrale profonde du striatum de souris.

Iii. Pourquoi flexible: de « dur à dur» à « contact doux».

La montée en puissance des électrodes nerveuses flexibles est née d’un simple constat physique: pour qu’un implant puisse coexister avec le cerveau sur le long terme, les propriétés mécaniques des deux doivent correspondre.

Les « quatre familles » de substrats flexibles

Réalisation de microélectrodes intracorticales flexibles, la sélection du substrat est le premier niveau. Les substrats flexibles du courant principal actuel comprennent:

Technologie avancée:En plus de Pi, Parylene, LCP, Peek, les matériaux élastomères tels que PET, FEP, PPS et PDMS, TPU sont également couverts.

V. revêtement: déterminer la performance de l'électrode "un pied sur la porte"

Les substrats flexibles fournissent un « squelette» mécaniquement adapté, mais l'acquisition des signaux neuronaux repose en fin de compte sur une couche conductrice - le processus de revêtement est précisément le lien essentiel pour transformer les macromolécules flexibles d'un « film mince isolant» en une « électrode fonctionnelle».

Vi. Plaqué or vs platine: la logique de choix des deux schémas de base

Vii. Solution de revêtement de microélectrode intracorticale Implantable pour la technologie avancée de l'Académie

Advanced Academy (Shenzhen) Technology Co., Ltd a été fondée en 2016, son siège social est situé dans le district de Bao'an, à Shenzhen, avec la marque déposée indépendante "Research Platinum", double base de production à Shenzhen et Dongguan, a passé la certification du système de gestion de la qualité ISO9001. Avec la technologie de placage métallique comme noyau, la société a développé trois catégories de solutions de revêtement de substrat flexible en argent, en or et en platine.

Au niveau du processus de revêtement de base, Advanced House Technology utilise la Pulvérisation magnétron et le placage à la vapeur sous vide et d'autres processus de dépôt physique en phase vapeur composite (PVD), qui peuvent déposer un revêtement métallique sur la surface de nombreux types de substrats de film polymère flexible tels que Pi, PET, FEP, LCP, Peek, PPS, qui peuvent être recouverts d'or, d'argent, de cuivre, d'aluminium, d'étain, de nickel, de titane, de platine et d'autres séries complètes. La largeur du substrat peut atteindre 350 mm et le vide limite peut atteindre 1 × 10⁻⁴ pa.

Viii. Du laboratoire à la clinique: le processus d’industrialisation s’accélère

Données du marché:Le marché mondial des neuroélectrodes flexibles atteindra 480 millions de dollars en 2025, en hausse de 34% par rapport à l'année précédente; Le marché des électrodes cérébrales flexibles est devenu le double objectif du capital et de la recherche scientifique avec une taille de 4,27 milliards de dollars et une croissance de 37,2%.

Ix. Conclusion

L'essence des microélectrodes intracorticales implantables est la recherche d'un équilibre d'ingénierie entre « enregistrement neuronal à haute densité» et « biocompatibilité à long terme». Les électrodes traditionnelles à base de silicium ont échangé la rigidité pour un rapport signal / bruit élevé et un processus de fabrication MEMS bien établi, mais se sont effondrées devant la douceur et la dynamique du cerveau. L'électrode flexible à base de polymère est alors adaptée mécaniquement comme une brèche, avec pi, Parylene, LCP, PEEK et d'autres matériaux pour correspondre à la douceur du tissu cérébral, avec un processus de plaquage d'or / platine de précision pour construire une interface conductrice de faible impédance et de haute stabilité.

Comprendre la logique des matériaux flexibles – pourquoi Pi au lieu de silicium, pourquoi or au lieu de cuivre, pourquoi l’adhérence de classe 5b concerne la vie et la mort des électrodes – est essentiel pour faire passer les microélectrodes intracorticales d’un « dispositif de laboratoire» à un « outil clinique». Et dans ce changement de paradigme de rigide à flexible, le processus de revêtement de précision est toujours la variable centrale qui détermine la limite supérieure de performance de l'électrode.