微電極陣列（MEA）被廣泛用于記錄大腦活動和刺激神經組織。然而，傳統的微電極陣列通常是平面的，這限制了它們適應神經結構自然曲線的能力。現有的增加3D特征的方法需要多個制造步驟，增加了復雜性并限制了設計的可能性。

為了克服這些限制，韓國釜山國立大學的研究小組從塑料熱成型（一種將塑料薄片塑造成不同形狀的常用技術）中獲得靈感，開發出了μETF。他們的研究結果在線發表在《npj Flexible Electronics》雜志上。

釜山國立大學的研究人員開發了一種新型微電極熱成型（μETF）技術，用于制造具有三維結構的柔性微電極陣列（MEA）。這種單步法工藝可提高電極與神經元的接近度，降低刺激閾值，提高人工視網膜和腦機接口等應用的神經記錄和刺激精度。圖片來源：釜山國立大學

研究人員Jeong 博士表示：“這項研究的靈感來源于對外賣咖啡杯塑料蓋的簡單觀察。我意識到，這種塑料成型方法可以在微觀層面上用于創建神經電極的3D結構。”

3D微電極工藝

如上圖1b所示，所提出的單步μETF工藝將平面MEA局部變形為具有微觀凸起和/或凹陷結構的3D MEA。通過常規微加工工藝制備的25通道平面LCP MEA32在一組金屬夾具和彈性體層內與3D打印的模具進行熱壓（>Tg），以進行對準， 將模具的凸起和/或凹陷的3D微結構復制到MEA上，如圖1c所示。在μETF步驟之后進行電極開口，以防止開口區域受到熱成型步驟的影響，確保MEA的電化學性能一致。

單步μETF的LCP MEA創建微觀凸起和凹進3D結構的增強神經接口

μETF方法包括加熱嵌入微電極的柔性聚合物薄片，并將其壓在3D打印的模具上。由于液晶聚合物（LCP）具有機械強度、生物相容性和長期穩定性，研究人員使用它作為基材。這種工藝能形成精確的凸起和凹陷結構，增強電極與目標神經元的接近度，同時保持其電學特性。

與傳統的微機械加工方法不同，μETF 簡化了制造過程，并可在單個MEA 內形成各種復雜的三維結構，包括井、穹頂、壁和三角形特征。

3D微電極驗證結果

在一項概念驗證研究中，研究人員應用μETF開發了一種優化的三維MEA，用于刺激盲人患者的視網膜。計算模擬和實驗室實驗表明，與傳統的平面電極相比，三維電極將刺激閾值降低了1.7倍，空間分辨率提高了2.2倍。

微電極陣列視網膜下刺激效益的有限元分析研究。

于評估μETF MEA對視網膜下刺激有效性的離體視網膜實驗

Eom博士解釋說：“我們的三維結構使電極更接近目標神經元，從而使刺激更有效、更精確。”

研究人員指出，除了刺激視網膜外，研究人員還將 μETF 應用于各種神經接口，包括大腦、脊髓、耳蝸和外周神經接口。這種方法能夠創建各種三維結構，包括井、穹頂、壁和三角形特征，從而為不同的神經環境量身定制電極設計。

這項技術在腦機接口（BCI）方面的應用前景廣闊，可幫助癱瘓病人恢復運動能力。通過在運動皮層植入三維神經電極陣列，我們可以解碼神經信號并將其轉化為物理動作，如控制機械臂或輪椅。

μETF的多功能性不僅限于神經接口。研究團隊正在探索其在可穿戴電子設備、類器官研究和片上實驗室系統方面的潛力，在這些領域，精確的3D微結構可以增強設備的功能。下一步工作包括完善制造技術，以實現更廣泛的醫療應用。

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