חומרים חדשים לאלקטרודות גמישות ומתיחה

מבוא ל-Nural Electrodes

אלקטרודות נילי משמש את ממשק קריטי בין מערכות אלקטרוניות למערכת העצבים, המאפשרת להקליט ולגאורגיה של פעילות עצבית עבור יישומים החל ממשקי המוח-מכונה לינארית למודולציה עצבית מסורתית.אלקטרודות עצביות מסורתיות כבר מומצאות מחומרים קשיחים כגון סיליקון, tungsten, או פלטינה, לספק ביצועים חשמליים יעילים אבל עלות של תקלה מכנית עם רכה, דינמיות, זה מוביל להתפרצות מהירה של לחץ דם ארוך טווח, לחץ דם, לחץ דם ארוך, ואפקטים, לחץ דם ארוך טווח, לחץ דם ארוך טווח, ואפקטים, לחץ דם ארוך טווח, 000 ארוך טווח, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ארוך טווח, 000, 000, 000, 000, 000, 000 לחץ דם יעיל של יעילות לטווח ארוך טווח, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 לחץ דם יעיל של , 000 ארוך טווח, 000 יעיל של , 000 לחץ דם יעיל של יעילות לטווח ארוך טווח לחץ דם יעיל של , 000 לחץ דם יעיל של יעילות, 000 לחץ דם יעיל של , 000, 000 לחץ דם יעיל של טמפרטורות גבוהות יותר, 000 זמן קצר יותר, 000 לחץ דם יעיל של יעילות

החיפוש אחר ממשקים עצביים משופר מונע על ידי צרכים קליניים בטיפול בהפרעות נוירולוגיות כגון מחלת פרקינסון, אפילפסיה, כאב כרוני ושיתוק, וכן על ידי דרישות מחקר למיפוי גבוה של מעגלים עצביים. אלקטרודות גמישות ומתרחבות מבטיחות לא רק לשפר את יכולת הביו-תחרות אלא גם כדי לאפשר סוגים חדשים של הקלטות עצביות, כגון ניטור כרוני ארוך טווח בבעלי חיים או בני אדם, מספק מאמר מקיף של פיתוח, כרגע, חומרים אלה, ומגבלות הפיתוח הקליניות, אך גם על ידי שימוש, אך גם כדי לאפשר סוגים חדשים של חומרים אלה, אך ורק על מנת לאפשר סוגים חדשים של חומרים אלה, כגון אלה, כגון אלה, כגון, כגון מעקב כרוניים לטווח ארוך טווח ארוך טווח זמן קצר, כמו גם על פני חיים, כדי לשמור על פני חיים, ומגבלות הפיתוח הקליניים, ומגבלות הפיתוח הקליניים, ומגבלות הפיתוח שלהם, ומגבלות הפיתוח שלהם, ומגבלות הפיתוח הקליניים, ומגבלות הפיתוח שלהם, ומגבלות הפיתוח הקליניות, כיום, אך כעת, אך עדיין, אך עדיין, כגון, אך עדיין, כמו גם על פני זמן ארוך טווח, כדי לאפשר סוגים חדשים של חומרים אלה, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון,

חומרים מרכזיים בפיתוח

פולימרים

פולימרים מוליכים, במיוחד פולי(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), הופיעו כמועמדים המובילים לאלקטרודות עצביות גמישות בשל גמישות פנימית, טונה התנהגותית, ונוחות של עיבוד.PEDOT בדרך כלל מעצימה את ההשפעות הפוליסטיות של טבלאות אלקטרו-אפיביות גבוהות יותר כגון חומצה פולית (PS) כדי ליצור PEDPS: , אשר ניתן לשלב תכונות אלקטרו-דלקתיות נמוכות.

גרפן וחומרים אחרים 2D

Graphene, שכבת פחמן אטומית יחידה המסודרת בשכבה hexagonal lattice, משכה עניין עצום עבור יישומים עצביים שקיפות עקב שילוב יוצא דופן של תכונות: מוליכות חשמלית גבוהה (התוספת 106x S / ס"מ), כוח מכני יוצא דופן (המודולים של גולגולת) באופן קבוע (1 TPa), וגמישות שאינה מאפשרת תואמים את התואמים של ריפאונדגן של פחות מ- 1 ליטרים) ומעט יותר מ-חמצן אמין.

מתכת נוזלית

מתכות נוזליות על ⁇ גליום, כגון גליום דואטקטי (EGaindium-indium-indium-tin (Galinstan), המציעות גישה שונה לחלוטין לאלקטרודות מתוחכמות, חומרים אלה נשארים במצב נוזלי בטמפרטורה החדר, המאפשרים להם לזרום ודה עם רקמות מוצקות תוך שמירה על מוליכות חשמלית גבוהה (בערך 3.4× 106 / m עבור מגנטיות נוזליות לטווח ארוך).

חומרים משותפים וגישות היברידיות

חומרים Composite המשלבים ממלאי מתכת עם מטבוליים פולימרים מתוחים מציעים פלטפורמה רב-תכליתית עבור התאמת תכונות מכניות וחשמליות. חיישנים משותפים כוללים צינורות פחמן, ננווטים כסף, פציפרן פעלולים, או חלקיקים מתכתיים התפזרו ב- Elastomers כגון PDMS, מערכת הפעלה משולבת, או פוליאוריטאן אלה יכולים להשיג מוליכים בטווח של 103 / 10 / 10 של חומרים גמישים אפילו קידוד עצמיים עם תכונות מתכתיות נמוכה יותר.

יתרונות של חומרים חדשים על אלקטרודות מסורתיות

השינוי בחומרים גמישים ומתחים מביא הטבות טרנספורמטיביות למול עצביים.התועלת המיידית ביותר היא (FLT:0imrovified biomechanical תאימות (FLT:1) לאלקטרודות נוקשה מסורתית נוקשה יש את המודולוסים של יאנג על מנת של 100-200 חומרים פיזיולוגיים נשמרים באופן דרסטי, בעוד שרקמות עצביות יכולות להיות רק 0.1-10 kPa - התאמה לא נכונה של חמישה של גירויים של חומר עצביים, ונזקים, אשר עלולים עצביים, ונזקים, ונזקים קשים, אשר עלולים, ונזקים עצביים, ונזקים, ונזקים, אשר עלולים, תוך כדי ניתיים, תוך כדי נית, עם גירוי עצביים, עם גירוי עצביים, ונזקים, עם גירויים, ונזקים קשים, עם גירויים, תוך כדי הפרעה עצביים, תוך כדי שינוי עצביים, תוך כדי שינוי עצביים, עם גירויים, תוך כדי הפרעה עצביים, תוך כדי גירויים, עם גירויים, עם גירוי עצביים, עם גירויים מופחתים, תוך כדי גירוי עצביים קשים, תוך כדי הפרעה עצביים, תוך כדי שינוי עצביים, תוך כדי שינוי עצביים מופחתים מופחתים, תוך כדי גירוי עצביים

יתרון מפתח שני הוא (FLT:0) תואמים תואם את ה-FLT ( 1:1 אלקטרודות גמישות יכול להתאים את משטחים המורכבים, תלת-ממדיים של קליפת המוח, חוט השדרה, או הרשתית, השגת מגע אינטימי עם רקמות עצבית.זה משפר את איכות ההקלטות על ידי צמצום המרחק בין אלקטרודה ונוירונים, ובכך מגביר את אות רזולוציה אלקטרודות ומרחבית.

(FLT:0)Imroved יציבות ארוכת טווח 1FIRLT) הוא עוד יתרון קריטי.בעוד אלקטרודות קשיחות סובלות ממצבי כשלון כגון פירוק אלקטרודה, סדקים בידוד, ועייפות המחבר, אלקטרודות גמישות יותר עמידים יותר לכיסוי מכני חוזר.העדר של קצוות חדים ותכונות קשיחות גם מפחית את הסבירות של כיבוד רקמות במהלך השתלה ומאוחר יותר מחקרים אלקטרוליטיים הוכיחו כי הם עדיין מתקופות יציבות של מחזורי חיים.

לבסוף, (FLT:0) פונקציונליות המופשטת 1FLT) מופעלת על ידי חומרים אלה.פולימרים מוליכים וגרף יכול להיות שקוף, המאפשר הדמיה אופטית או גירוי אופטית או אופטיקוגני.מת נוזל יכול לשמש כקישורים חד-פעמיים במערכות אלחוטיות או ללא סוללה, צמצום של כוחות tethering.com יכול לשלב יכולות של תרופות, טמפרטורה, חיישנים או מדפוסים, אשר יכול לפתוח את הממשקים עצביים פשוטים, אשר יכולים להטמיעוכי-תפקוד, אשר יכולים להטמיעו, אשר יכול להטמיעוכיחות, אשר יכולים להטמיעו, אשר יכולים להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כלומר, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כלומר, כדי להטמיעו, כלומר, חומרים עצביים, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, חומרים עצביים, חומרים עצביים, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי להטמיעו, כדי ל

אתגרים בפיתוח ותרגום

למרות ההתקדמות המדהימה, יש לטפל במספר אתגרים משמעותיים לפני אלקטרודות עצביות גמישות ומתרחבות יכול להשיג שימוש קליני נרחב.FLT:0Durability ואמינות FLT:1 להישאר חששות ראשוניים.חומרים רכים רגישים יותר להשפלה מכנית על תקופות השתלה מורחבות בשל עומס אופניים, התקפה נזימטית, ו הידרוליטיגציה מונעת יכול לאבד את ההתנהגות באמצעות dedoping או חמצון, בעוד שיעזרו בדלקתיים באופן אגרסיבי, אך עלולים, במיוחד, תוך כדי להשיג חומרים עמידים עמידים, אך ורקמותרפיטיסים, אך ורקמותרפיטיסים פעילים.

(FLT:0) רגישות וחידושים (Feloducibility) הם חשובים באותה מידה.מכשירי אבטיפוס מעבדה לעתים קרובות להסתמך על הרכבה ידנית או תהליכים מיוחדים שאינם ניתנים להשגה לייצור גבוה.טכניקות כגון photolithography, הדפסה דיוג'ט, והעברה מותאמת גם עבור תת-שכבות גמישות, אך התשואה ומדים נשארים מאתגרים, במיוחד עבור מנגנונים גדולים עם אינטגרציה רבה עם חומרים מכניים ומתחים רבים.

(FLT:0)Stability בתנאים פיזיולוגייםFLT:1 הוא תחום קריטי של מחקר מתמשך.תגובה אלקטרוכימית בממשק אלקטרודה-tissue יכול לייצר מינים חמצן תגובתיים, שינויים ב- pH המקומי, או פירוק מתכת כי פשרה הן אלקטרודה והן סביב רקמות.הבחירה של חומרים ותנאי תפעול חייבים להבטיח כי הזרקת מטען נשאר בתוך גבולות בטוחים עבור מנגנונים קפריזיים וגמישות מתוחה, שמירה על תכונות אלקטרופורמיות עקביות, דורשות, דורשות יותר, בהתאם לתפקוד חשמלי עקבי של הנדסת חשמל, באופן קבוע, דורשות עקבי של חסכוני יותר, כולל עמידות גבוהה יותר, שמירה על גבי מנגנונים יציבים, בהתאם לתפקוד חוזר של מנגנונים יציב של הנדסת חשמל.

(FLT:0) ביו-גמישות ותגובה חיסונית של LT:1 יש להעריך בקפדנות עבור כל מערכת חומר חדשה. בעוד חומרים גמישים בדרך כלל להפחית טראומה מכנית, הרעילות הכימית של ננו-חומרים, תוצרי לוואי של השפלה, ונכסים על פני השטח עדיין יכולים לעורר תגובות שליליות. Graphene ו- פחמן nanotubes, למשל, הוכחו כדי לגרום ללחץ חמצון מסוגים, למרות שעדיין לא ניתן למזערי של מחקרים ביולוגיים ואפקטים רבים.

(FLT:0)ניהול וחיבור בין-FLT:1 נשאר תחת הערכה אבל הם ככל הנראה ההיבט המאתגר ביותר של עיצוב אלקטרודה עצבי גמיש.המכשיר חייב לשלב עשרות עד מאות אתרי הקלטה, כל אחד הדורש מסלול מוליכים למערכת רכישת נתונים חיצונית.

כיוונים עתידיים

חומרי ההולכה וההתאמה

אחד הגבולות המרגשים ביותר הוא פיתוח של אלקטרודות עצביות עצמיות שיכולים לתקן באופן אוטונומי נזק מלבוש מכני או השפלה חשמלית. Supramolecular עם רשתות מבוזרות מימן דינמיות, תיאום מתכת-רצועה, או אינטראקציות מארחות-מתאיות יכולות לשחזר את ההתנהגות לאחר שהסתלקות במהירות, לחקות את היכולת העצמי של רקמות ביולוגיות.

Biohybrid ו Living Electrodes

כיוון נוסף לשינוי פרדיגמה כרוך שילוב תאים חיים או רקמות עם חומרים אלקטרוניים כדי ליצור אלקטרודות ביו-היברידיים.לדוגמה, נוירונים שגדלו או בתוך פיגומים הידרוגל מוליכים יכול ליצור מעגלים היברידיים שבו איתות סלולרי הוא בשילוב אינטימי עם שתלים אלקטרוניים. לחלופין, תאים גליים המונדסים כדי לבודדים עצביים יכולים להיות משותף עם אלקטרודות סינתטיות כדי ליצור "לחמים" ו"לידיים פוטנציאליים, אשר כוללים רמות של עמידות תאים עצביים, עם עמידות לטווח ארוך.

מערכות אלחוטיות וסוללות ללא תשלום

המגמה כלפי ממשקים עצביים אלחוטיים, ללא סוללות קשורה קשר הדוק לפיתוח של חומרים מתוחים. Ultrathin, סלילים גמישים ואנטנות ניתן לשלב ישירות על מערך אלקטרודה כדי לאפשר קצירת חשמל ועברת נתונים באמצעות תקשורת בין שדות קרובים או אנרגיה קידוד רדיו.מערכות אלה מבטלות את הצורך חוטים וסוללות חתומות, צמצום הסיכון ושיפור אנרגיה מתוחה כגון חומרים גמישים שיכולה לממשקים יכול גם על ידי עיבוד יעיל של כוח.

High-Density and High-Resolution Arrays

ההתקדמות בטכניקות ייצור הן נהיגה לעבר מערך אלקטרודה עם אלפי אתרי הקלטה ארוזים לאזורים בקנה מידה מילימטר. עבור תת-סטריטים גמישים, זה דורש פיתוח תהליכי מתכת קו דק, ארכיטקטורות מרובות, ושיטות ליישר ערוצים רבים עם קרינת חוצה מינימלית.פולימר מבוססת נתונים עם ספירת ערוצים משולבים על פני 1000, ורחבה נוספת צפויה באמצעות אימוץ של מעבדי עצב משולבים המוח באמצעות מעבדים מדויקים על ידי מעבדים עצביים.

תרגום קליני ודרכי התפטרות

המעבר ממעבדת המחקר לפרקטיקה קלינית דורש ניווט של נוף רגולטורי מורכב.הממשל האמריקאי ותרופות וסוכנויות דומות במדינות אחרות מסווגות אלקטרודות עצביות כמכשירים רפואיים מסוג III, בכפוף לבדיקות קפדניות לבטיחות ויעילות. מחקרים קליניים חייבים לקבוע ביו-אופטימיים ייחודיים, אמינות מכנית ויציבות חשמלית על פני תקופת ההשתלות המיועדת, הם ניסויים קליניים ארוכים ויקרים, במיוחד עבור מכשירים המיועדים לשימוש כרוני כמו קבוצות טיפוליות מבטיחות, כמו גם ממערכות טיפוליות, כגון טיפוליות, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, כגון, טיפול תרופתיות, כגון, כגון, כגון, טיפול תרופתיות, כמו גם, טיפול תרופתיות, כמו גם, כמו גם, טיפול תרופתיות, כמו גם, כמו גם, דרישות טיפול תרופתיות, טיפול תרופתיות, טיפול תרופתיות, עם זאת, עם זאת, עם זאת, טיפול תרופתיות, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, דרישות טיפול תרופתיות, דרישות טיפול תרופתיות, דרישות טיפול תרופתיות, כמו גם, כמו גם, הן, כמו גם, כמו גם, דרישות טיפול תרופתיות, כמו גם, כמו גם, טיפול תרופתיות, כמו גם, דרישות

מסקנה

הפיתוח של חומרים חדשים עבור אלקטרודות גמישות ומתרחב מייצג שינוי פרדיגמה בתחום של פולימרים עצביים מולידים.מוליכים, גרפן וחומרים 2D אחרים, מתכות נוזליות ומערכות מורכבות כל אחד מציע יתרונות ייחודיים העומדים בפני המגבלות ארוכות של אלקטרודות קשיחות.על ידי השגת עמידה מכנית עם חומרים אלחוטיים, חומרים אלה להפחית את הדלקת, לשפר את יציבות ההקלטה, ומאפשר פונקציונליות רב-ממדית כי בעבר בלתי אפשרית, אתגרים עמידים, ישארוכים, יש להמשיך את היכולת הבין-תחומיים, עם התפתחות גבוהה, עם חומרים עמידים, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות רגשית, עם חומרים עמידים, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, עם חומרים עמידים, עם חומרים עמידים אינטנסיביים, עם חומרים אלקטרו-תחומית, עם חומרים עמידים, לחץ דם ארוך-תחומית, עם חומרים עמידים, עם התפתחות גבוהה, עם חומרים גמישהידי גירוי, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, עם חומרים גמישה, עם חומרים גמישה, עם התפתחות גבוהה, עם התפתחות גבוהה, עם חומרים אלקטרו-תחומית אבטחה, לחץ דם ארוך-תחומית, עם חומרים גמישה, עם חומרים גמישה, עם חומרים גמישה, לחץ דם ארוך-תחומית-תחומי יכולת עמידה, לחץ דם ארוך-תחומית

(ב) לקוראים המעוניינים בפרטים טכניים עמוקים יותר, מספר ביקורות מצוינות מספקות כיסוי מקיף של כיתות חומריות ספציפיות ועיצובי מכשירים.הפניות המרכזיות כוללות עבודה על ידי FLT:003FLT:1Lacour et al. (2020)3FLT:2FLT 313 על סמך טלוויזיות אלקטרוניקה מתוחות עבור יישומים ביו-רפואיים (FLT:4FLT: 8) LT 10) LT 10.