可拉伸微针电极阵列。来源:赵研究小组

　　南加州大学的研究人员开发出了高度可拉伸和可定制的微针，它彻底改变了人体与侵入性监测设备之间的接口。它们有望广泛应用于医疗诊断和治疗，包括神经科学、组织工程和可穿戴生物电子学。

　　个性化医疗的革命正在顺利进行——有了可穿戴设备和DIY家庭测试，从心率、血糖水平到微生物群多样性，跟踪一切都比以往任何时候都容易。

　　然而，在我们实现人体与侵入性监测设备之间的无缝接口之前，仍然存在创新差距。

　　用新技术弥合差距

　　这就是南加州大学研究员赵杭波的切入点，他是先进制造和柔性电子领域的专家。作为南加州大学航空航天与机械工程系和阿尔弗雷德·e·曼生物医学工程系的助理教授，Hangbo发表了一系列关于生物医学用途的可拉伸传感器的论文。他最近的一篇论文被选为著名杂志《科学进展》的封面故事，介绍了一项新的研究，该研究将直接促进“柔软”和更灵活的微针的开发——这对确保长期健康跟踪的舒适性和高精度至关重要。

　　该技术是通过可拉伸的三维穿透微电极阵列实现的，该微电极阵列是由赵和他的研究小组开发的一种新型制造工艺生产的。

　　可拉伸微针电极阵列示意图。来源:赵研究小组

　　Revolutionizing微针技术

　　微针电极广泛应用于大脑的传感和刺激，以及皮肤下生物标志物的诊断。然而，由于材料和制造的限制，几乎所有现有的微针电极都是刚性的。赵在先进制造方面的专业知识为他设想更灵活的解决方案提供了新的视角。

　　这种新型的“软”微针电极在肌肉组织和皮肤组织“变形”或改变形状的情况下是非常理想的。电极需要跟随目标组织的变形，以确保密切接触并最大限度地减少组织损伤;赵的研究为微针的发展铺平了道路，微针可以探测到组织的更深处，并获得更准确的结果。无论是监测一个虚弱的膀胱的工作还是跟踪心跳的微小波动，高保真传感的必要性变得越来越重要。

　　创新的制造方法

　　创新的核心是赵在南加州大学的实验室发现的一种混合制造方法的发展。这种低成本、可扩展的方法结合了激光微加工、微加工和转移印刷，制造出具有最高可拉伸性(60-90%)的微针电极阵列。

　　至关重要的是，这种新颖的制造方法可以方便地定制关键设备参数，如电极几何形状、记录位置、机械和电气性能。在赵的所有研究中，适应性和准确性是组织原则:他对软电子和机器人的观点也为柔性制造方法提供了信息。

　　生物医学应用与未来展望

　　这项研究的另一个有趣的特点是它的深海起源。这种全球适用的微针电极的可行性最初是通过记录海蛞蝓运动肌肉内部的电活动来证明的。

　　赵和他的研究小组立即清楚了这些结果在全球范围内的生物医学应用。该平台技术可用于大脑和神经活动的传感和控制，皮肤间质液的电化学传感，神经肌肉疾病的诊断以及深部组织的药物输送。

　　对于那些一想到微针就感到恶心的人来说，下一阶段高度可拉伸的“柔软”微针可能就是答案。在追求更准确的追踪以发现异常并确定快速治疗方法的过程中，赵的研究对医疗保健专业人员、生物技术公司和任何寻求更长寿、更健康生活的人来说都是一个重要的里程碑。

　　参考文献:“用于肌内肌电图的高度可拉伸和可定制的微针电极阵列”，作者:赵秦爱，Ekaterina Gribkova，沈一阳，崔继来，Noel Naughton，刘良树，徐继民，佟百新，Mattia Gazzola, Rhanor Gillette和Hangbo Zhao, 2024年5月1日，Science Advances。DOI: 10.1126 / sciadv.adn7202