Мыслить вне коробки, чтобы изготовлить индивидуальные 3D -нейронные чипсы

Культируемые нейронные ткани широко использовались в качестве упрощенной экспериментальной модели для исследования мозга. Однако существующие устройства для выращивания и регистрации нейронных тканей, которые производятся с использованием полупроводниковых процессов, имеют ограничения с точки зрения модификации формы и реализации трехмерных (3D) структур.

Подумав вне коробки, исследовательская группа Kaist успешно создала индивидуальный 3D -нейронный чип. Сначала они использовали 3D -принтер для изготовления пустого канала, а затем использовали капиллярное действие Чтобы автоматически заполнить каналы проводящими чернилами, создавая электроды и проводку. Ожидается, что это достижение значительно увеличит свободу дизайна и универсальность научно -наук о мозге и инженерных исследований мозга. Бумага есть опубликовано в журнале Усовершенствованные функциональные материалыПолем

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Юнки Нам из Департамента биографии и мозга, успешно разработала технологию платформы, которая преодолевает ограничения традиционного производства на основе полупроводников. Эта технология обеспечивает точное изготовление 3D -массивы микроэлектродов (нейронные интерфейсы с несколькими микроэлектродами, расположенными в трехмерном пространстве для измерения и стимуляции электрофизиологического сигнала нейронов) в различных индивидуальных формах для чипов in vitro.

Существующее трехмерное изготовление микроэлектродов, основанное на полупроводниковых процессах, имеет ограниченную свободу трехмерного дизайна и стоит дорого. В то время как недавно были предложены методы изготовления 3D-печати для преодоления этих проблем, они по-прежнему имеют ограничения с точки зрения свободы трехмерного дизайна для различных структур нейронной сети in vitro, поскольку они следуют традиционной последовательности «Проводящего паттерна материала → изолятор → раскрытие электродов».

Исследовательская группа Kaist использовала превосходную свободу 3D -дизайна, предоставленную 3D Технология печати и его способность использовать печатные материалы в качестве изоляторов. Изменив традиционный процесс, они создали инновационный метод, который обеспечивает более гибкий дизайн и функциональное измерение моделей трехмерной нейрональной сети для культуры in vitro.

Во-первых, они использовали 3D-принтер, чтобы распечатать полый 3D-изолятор с микро-туннелями. Эта структура была разработана как стабильный каркас для проводящих материалов в 3D -пространстве, а также поддерживает создание различных трехмерных нейрональных сетей. Затем они продемонстрировали, что, используя капиллярное действие для заполнения этих внутренних микро-туннелей проводящие чернилаони могут создать 3D-каркасную массив-макрод с более свободно расположенными микроэлектродами в сложной структуре поддержки трехмерной культуры.

Новая платформа может использоваться для создания различных форм чипа, таких как тип зонда, типа куба и модульный тип, и поддерживает изготовление электродов с использованием различных материалов, таких как графит, проводящие полимеры и наночастицы серебра. Это позволяет одновременно измерять многоканальные нейронные сигналы как внутри, так и за пределами 3D -нейрональной сети, что позволяет точно анализировать динамические взаимодействия и связь между нейронами.

Профессор Нам заявил: «Это исследование, которое сочетает в себе 3D -печать и капиллярное действие, является достижением, которое значительно расширяет свободу изготовления нейронных чипов». Он добавил, что это будет способствовать развитию фундаментальных исследований в области наук о мозге с использованием нейронная тканьа также прикладные поля, такие как биосенсоры на основе клеток и биокомпьютинг.

Доктор Дунджо Юн из Департамента биографии и мозга Кайст принял участие в качестве первого автора исследования.