使用新的3D打印的微型可植入設備，一組研究人員成功地記錄了電脈衝(chong) ，這些電脈衝(chong) 驅動鳥類外周神經係統發聲。由於(yu) 依賴於(yu) 薄膜微細加工和納米級3D打印的定製技術，他們(men) 能夠製造出大約與(yu) 人類頭發直徑相當的納米夾子。它是第一個(ge) 用於(yu) 記錄和刺激周圍神經的袖帶電極，其製作規模與(yu) 人體(ti) 最小的神經相容，可對多種疾病進行新的治療。

這項技術在2020年8月21日發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上，文章描述該技術展示了俄勒岡(gang) 大學Phil和Penny Knight校園神經科學加速研究的首席研究員Tim Gardner，以及波士頓大學和葛蘭(lan) 素史克公司的研究人員的生物電子部門能夠以這種很小的規模製造納米夾。此外，加德納（Gardner）的研究小組描述了在將設備植入幾隻成年雄性斑馬雀中後，成功記錄了驅動發聲的電脈衝(chong) 。

根據Gardner的說法，這項研究被視為(wei) 生物電子醫學新興(xing) 領域的一項進展，最終可能導致針對炎症性腸綜合症，類風濕性關(guan) 節炎和糖尿病等疾病的新療法。生物電子醫學的目標是解碼和調節周圍神經係統信號，以獲得對靶端器官和效應器的治療控製。專(zhuan) 家認為(wei) ，該領域可以通過影響身體(ti) 功能來替代或補充基於(yu) 藥物的幹預措施，從(cong) 而徹底改變醫學並顯著改善治療效果並降低醫療保健成本。盡管如此，設備小型化仍是未來生物電子醫學成功的關(guan) 鍵因素之一，並且根據研究人員的研究，該領域仍然依賴於(yu) 一些基於(yu) 電極的設備，這些設備證明很難使用。

Gardner和他的同事建議，納米夾子可以解碼和調製在周圍神經係統中傳(chuan) 播的電信號，該神經係統包含控製大腦末梢器官的大腦和脊髓外部的神經和神經元細胞。此外，生物電子醫學試圖調製這些信號，以治療一些慢性病，例如哮喘，膀胱控製，高血壓，多囊卵巢綜合症，甚至在某些COVID-19病例中具有炎症反應。Gardne說：“我認為(wei) 許多未來的設備將涉及使用標準無塵室工藝的薄膜微細加工和微米級的3D打印的結合。 這適用於(yu) 生物醫學植入物以及用於(yu) 實驗物理學和其他領域的設備。”

使用研究小組設計的3D打印機製作了用於(yu) 研究的納米夾子。 據了解，這種打印機的設備製造速度比以類似分辨率運行的現有商用打印機快20倍。微型神經接口是使用定製的直接激光書(shu) 寫(xie) 係統製作的，該係統可以從(cong) 標準的CAD文件設計中打印錨，在這種情況下，使用的是DassaultSystèmes3D設計軟件Solidworks。得益於(yu) 打印速度和數字設計，研究人員可以製造具有各種尺寸和形狀的納米夾，以實現最佳的貼合度。

為(wei) 了實現與(yu) 小神經的大小相匹配的可植入設備，薄膜電極陣列由封裝在絕緣和生物相容性聚酰亞(ya) 胺層之間的50納米金層組成。該裝置的厚度和狹窄寬度產(chan) 生了與(yu) 周圍組織相當的低彎曲剛度。使用聚酰亞(ya) 胺薄膜微細加工技術定製製造薄膜多部位電極，然後將其絲(si) 焊到印刷電路板上以連接到測試設備。

在整個(ge) 研究中使用的37隻成年雄性斑馬雀科鳥類的發聲過程中，除了獲得穩定，高信噪比的神經信號記錄外，該設備還使研究人員能夠精確控製神經的輸出。他們(men) 能夠激發納米夾子內(nei) 六個(ge) 電觸點上不同激活空間模式的獨特發聲。該研究的作者介紹說，這種時空控製可能對未來的生物醫學植入物有用，這些生物植入物不僅(jin) 試圖激活神經，而且對在終末器官中具有不同功能的神經內(nei) 的特定結構具有空間選擇性。

點評：該設備的關(guan) 鍵特征之一是易於(yu) 手術植入，這在未來的生物電子醫學中是一個(ge) 重要手段。“想象一下，您必須操縱一條小神經，然後用鑷子將一個(ge) 裝置纏繞在其上，以打開袖帶電極並將其定位在神經上。當前袖帶電極所需的顯微操作可能會(hui) 損害最小的神經。相反，隻需將3D製成的納米夾子推入神經即可將其植入。這種易於(yu) 植入的方法可用於(yu) 其他微創手術。這項研究確實是針對亞(ya) 毫米結構的新製造方法的早期測試。

這項研究的共同作者認為(wei) ，他們(men) 的納米裝置能夠為(wei) 安全植入，在數周的時間內(nei) 穩定地記錄高信噪比以及精確調節小周圍神經提供新的參考。盡管納米夾子的開發利用了數十年來使用的其他設備的優(you) 勢，但在這裏，研究人員還是能夠結合多種因素使設備與(yu) 神經緊密配合。盡管這項研究是成功的，但研究人員預計，將來有必要進一步研究其他物種和神經，以進一步驗證納米夾子的潛力。

在美國國立衛生研究院（NIH）的支持下，並與(yu) 葛蘭(lan) 素史克公司（GlaxoSmithKline）簽署了一項讚助研究協議，該研究表明，尺寸精確的納米夾可以實現對鳴禽係統的精確功能調節。研究的主要作者，波士頓大學研究助理教授蒂莫西·奧特奇（Timothy Otchy）及其同事展示了對末端器官的靈活，精確的控製。以外圍電路功能的閉環控製為(wei) 中心的新一代生物電子療法的觸手可及，並可能成為(wei) 未來幾十年推進醫療保健的關(guan) 鍵。