創新3D微電極技術：神經介面的革命性突破

微電極陣列（MEAs）在記錄腦部活動和刺激神經組織方面已被廣泛應用。然而，傳統的MEAs通常是平面的，難以貼合神經結構的自然曲線。現有的3D加工方法需要多個步驟，增加了複雜性並限制了設計的可能性。

為克服這些限制，由Joonsoo Jeong副教授和Kyungsik Eom副教授領導的團隊開發了μETF技術，靈感來自於塑膠熱成型技術，這是一種將塑膠片材塑造成不同形狀的常見方法。他們的研究成果已於2025年1月22日發表在《npj柔性電子》期刊上。

「這項研究的靈感來自於外帶咖啡杯的塑膠蓋。我意識到這種塑膠成型方法可以應用在微觀層面，用於建立神經電極的3D結構，」Jeong博士表示。

μETF方法包括加熱嵌入微電極的薄型柔性聚合物片材，並將其壓在3D列印的模具上。研究人員使用液晶聚合物（LCP）作為基材，因其機械強度、生物相容性和長期穩定性。這個過程形成了精確的凸起和凹陷結構，增強了電極與目標神經元的接近度，同時保持了其電氣特性。

與傳統的微加工方法不同，μETF簡化了製造過程，並允許在單個MEA中建立多種複雜的3D結構，包括凹槽、圓頂、牆壁和三角形特徵。

在一項概念驗證研究中，研究人員應用μETF開發了一種用於盲人視網膜刺激的3D MEA。計算模擬和實驗室實驗顯示，與傳統的平面電極相比，3D電極將刺激閾值降低了1.7倍，並將空間解析度提高了2.2倍。

「我們的3D結構使電極更接近目標神經元，使刺激更高效和精確，」Eom博士解釋道。

除了視網膜刺激，研究人員還看到μETF在各種神經介面中的應用潛力，包括大腦、脊髓、耳蝸和周圍神經。該方法能夠建立多樣的3D結構，從而為不同的神經環境量身定製電極設計。

這項技術的一個有前景的未來應用是在腦機介面（BCIs）中，這可能幫助癱瘓患者恢復運動功能。透過在運動皮層植入3D神經電極陣列，我們可以解碼神經訊號並將其轉化為物理動作，例如控制機械手臂或輪椅。

μETF的多功能性不僅限於神經介面。研究團隊正在探索其在可穿戴電子、器官晶片研究和晶片實驗室系統中的潛力，精確的3D微結構可以增強裝置功能。下一步包括改進製造技術，以擴大其醫療應用範圍。

憑藉其增強神經記錄和刺激能力，同時簡化製造過程，μETF代表了神經假肢技術和神經康復治療的重大進步。