Na década de 1980, a invenção do Utah Array e do Michigan Array permitiu aos neurocientistas gravar a atividade de disparo de centenas de neurônios simultaneamente pela primeira vez. Esses arrays de microeletrodos baseados no silício realizam bem em experimentos agudos com alta relação sinal-ruído e resolução espacial precisa.

Mas quando eletrodos precisam ser implantados por um longo tempo, um problem a surge gradualmente: o sinal continua a cair por semanas a meses e finalmente desaparece completamente.

Pesquisadores descobriram que a raiz do problema não reside no design eletrônico dos eletrodos, mas na "guerra mecânica" entre os eletrodos e o cérebro. O módulo de silício de Young é de cerca de 190GPa, enquanto o módulo de tecido cerebral é de apenas 1-10 kPa. Esse incumprimento mecânico de mais de seis ordens de magnitude causa danos de micromovimento a cada pequeno movimento cerebral - respiração, batimento cardíaco, rotação da cabeça - na interface tecidual eletrodo. A lesão desencadea uma resposta imune, e os astrócitos e a microglia formam uma cicatriz glial envolvendo o eletrodo, isolando fisicamente o eletrodo de neurônios. Depois de 13 meses de implantação de eletrodos tradicionais de fio inoxidável, a espessura do revestimento excedeu 451 μm. Os neurônios gradualmente degradam e morrem, e os sinais desaparecem em consequência.

2[UNK] Microeletrodo córtico: definição e classificação

O array de microeletrodos corticais implantável é um dispositivo de interface neural invasiva que penetra diretamente o córtex cerebral e implantes no tecido neural, capaz de gravar potenciais de ação (picos) de neurônios únicos ou múltiplos. De acordo com as diferentes estruturas de eletrodos, elas são principalmente divididas nos seguintes tipos:

• Utah Array- Tridimensional silicone-based penetrating microelectrode array, traditional 96 channel, new graded electrodes achieve higher density.
• Michigan ArrayUma sonda planar baseada em sílico com múltiplos locais de gravação distribuídos linearmente ao longo do manejo da sonda.
• Sondas de neuropíxelos- Sonda de alta densidade baseada em silico, integrada com 960 locais de gravação em um único manejo.
• Eletrodo flexível baseado em polímerosUsando materiais flexíveis como PI, Parylene-C, LCP, PEEK, etc. como substratos, padrões condutivos foram construídos através de tecnologia avançada de microfabricação. Em um experimento comparativo de 4 semanas na região cerebral profunda do striatum do rato, foram observadas relações mais estáveis sinal-ruído e saída de uma unidade.

3[UNK] Por que é flexibilidade: de "bater duro" a "contato suave"

O aumento de eletrodos neurais flexíveis vem de uma simples visão física: para que os implantes coexistam com o cérebro por um longo tempo, suas propriedades mecânicas precisam ser combinadas.

4[UNK] Quatro famílias principais de substratos flexíveis

Para alcançar microeletrodos corticais flexíveis, a seleção de substratos é o primeiro obstáculo. Os principais substratos flexíveis atuais incluem:

Instituto Avançado de Tecnologia:O processo de revestimento é adequado para substratos como PI, Parylene, LCP, PEEK, bem como materiais elásticos como PET, FEP, PPS, PDMS, TPU, etc.

5[UNK] Coating: O "último passo" na determinação do desempenho de eletrodos

Substratos flexíveis fornecem um "esqueleto" para adaptação mecânica, mas a coleta de sinais neurais depende, finalmente, da camada condutiva - o processo de revestimento é a ligação chave na transformação de polímeros flexíveis de "filmes isoladores" para "eletrodos funcionais".

6[UNK] Plateia de ouro vs Plateia de platino: a lógica de seleção de duas soluções essenciais

7[UNK] Advanced Institute Technology's Implantable Cortical Microelectrode Coating Solution

O Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd. foi instituído em 2016, com sede no distrito de Bao'an, Shenzhen. Tem uma marca independentemente registrada "Research Platinum" e tem duas bases de produção em Shenzhen e Dongguan. Ele aprovou a certificação do sistema de gestão de qualidade ISO9001. A empresa se concentra na tecnologia de cobertura de metal e desenvolveu três tipos de soluções flexíveis de cobertura de substratos: cobertura de prata, cobertura de ouro e cobertura de platina.

No nível do processo de revestimento central, a Tecnologia do Advanced Institute adota processos compostos de depósito físico de vapor (PVD), como sputtering de magnetrons e evaporação de vácuo, que podem depositar revestimentos metálicos em vários substratos flexíveis de filme de polímeros como PI, PET, FEP, LCP, PEEK, PPS, etc. Pode cobrir uma gama completa de metais incluindo ouro, prata, cobre, alumínio, estanho, níquel, titânio, platino, etc. A largura do substrato pode alcançar 350mm, e o grau de vácuo final pode alcançar 1 × 10 [UNK]Pa.

8[UNK] De laboratório para clínico: Acelerar o Processo de Industrialização

Dados do mercado:O mercado global flexível de eletrodos neurais espera alcançar uma escala de 480 milhões de dólares americanos em 2025, um aumento anual de 34%; O mercado flexível de eletrodos cerebrais se tornou um duplo foco de capital e pesquisa com uma escala de 4,27 bilhões de dólares americanos e uma taxa de crescimento de 37,2%.

9[UNK] Conclusão

A essência dos microeletrodos corticais implantáveis é encontrar um equilíbrio de engenharia entre "gravação neural de alta densidade" e "biocompatibilidade a longo prazo". Eletrodos tradicionais baseados no silício têm trocado rigidez por alta relação sinal-ruído e processos maduros de fabricação de MEMS, mas têm estado perdendo terra face à suavidade e dinâmica do cérebro. Eletrodos flexíveis baseados em polímeros tomam a adaptação mecânica como ponto de descoberta, usando materiais como PI, Parylene, LCP, PEEK para corresponder à suavidade do tecido cerebral, e construindo interfaces condutivas de baixa impedância e alta estabilidade usando processos de cobertura de ouro/platina de precisão.

Entender a lógica material da flexibilidade - por que PI em vez de silício, por que ouro em vez de cobre, por que aderência a nível 5B é crucial para a sobrevivência de eletrodos - é a chave para modernizar microeletrodos corticais de "dispositivos de laboratório" para "ferramentas clínicas". Neste paradigma, a mudança da rigidez para a flexibilidade, a tecnologia de revestimento de precisão sempre foi a variável central que determina o limite superior do desempenho de eletrodos.