獲悉，上海微系統所傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室采用微納加工技術(shù)制備多通道超柔性微電極陣列并集成天然絲蛋白光纖組成的多功能探針（Silk-Optrode），該探針可實(shí)現大腦神經(jīng)信號的精準調控與解析。相關(guān)研究成果以“A silk-based self-adaptive flexible opto-electro neural probe”為題于2022年11月8日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊 Microsystems & Nanoengineering 上。

解析神經(jīng)電活動(dòng)是大腦功能解析的核心，光遺傳學(xué)與電生理記錄的結合使得神經(jīng)界面與神經(jīng)環(huán)路之間實(shí)現了高精度的雙向交互作用。能夠同時(shí)實(shí)現光刺激和腦電信號記錄的多功能神經(jīng)探針，是腦科學(xué)和腦疾病領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。傳統的光電極探針通常采用剛性硅基和金屬材質(zhì)，易引起腦組織炎癥；而采用柔性聚合物制作的柔性探針則無(wú)法依靠自身的機械強度植入腦組織，需要額外的輔助手段，這通常會(huì )加大植入手術(shù)的難度和導致附加的術(shù)中損傷。

針對這一兩難困境，中科院上海微系統傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室利用微納加工技術(shù)和生物相容性材料，開(kāi)發(fā)出一種由天然絲蛋白光纖和多通道超柔性微電極陣列組成的多功能探針Silk-Optrode。該光電探針可以精確地植入大腦，對自由行為的動(dòng)物進(jìn)行同步光遺傳刺激和多通道記錄。蠶絲因其高透明度、良好的生物相容性和可調節的機械性能而發(fā)揮著(zhù)重要作用。通過(guò)絲光纖的水化作用，該探針能夠主動(dòng)適應植入腦組織后的環(huán)境，降低自身的機械剛度。探針在經(jīng)過(guò)水化后，其彎曲剛度降低到2.77E-10 N·m2，低于商用光纖4個(gè)數量級。因此，在以高準確度植入大腦后，探針可以保持與周?chē)X組織的機械順應性。該光電探針在200μm直徑，長(cháng)2 mm的空間內集成了128個(gè)記錄通道，可以在進(jìn)行低光損耗的顱內光刺激的同時(shí)，記錄到高良率、良好隔離的單個(gè)神經(jīng)信號單元。術(shù)后兩個(gè)月的免疫組化實(shí)驗表明，相對于剛性的商用探針，該探針在植入—神經(jīng)界面處產(chǎn)生較少的免疫反應和組織損傷，具有良好的生物相容性。這項技術(shù)將為多功能生物材料侵入式裝置與神經(jīng)疾病研究的結合提供新的機會(huì )，在腦功能解析與腦機接口等領(lǐng)域具有重要的應用前景。

該論文的第一通訊單位為中科院上海微系統所，周渝、顧馳為該論文的共同第一作者，通訊作者為陶虎研究員和魏曉玲研究員。該研究工作得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎前沿科學(xué)研究計劃“從0到1”原始創(chuàng )新項目、上海市級重大專(zhuān)項、中科院上海分院基礎研究特區計劃、上海浦江人才項目等相關(guān)研究計劃的支持。