Исследователи представили новый подход ROSE (rolling—of—soft—electronics) для создания монолитных трехмерных нейронных зондов, при котором гибкие плоские электроды контролируемо сворачиваются в 3D-структуры.
Устройства изготавливаются на гибкой подложке из каптона толщиной 25 мкм с использованием стандартных полупроводниковых технологий. Результаты опубликованы в Nature Electronics.
Ключевым элементом метода стало добавление PDMS-прослойки в базовую область зонда, которая действует как мягкий разделитель, контролирующий радиальное расстояние между электродами при сворачивании. Процесс осуществляется с помощью устройства по типу дрели диаметром 500 мкм, которое последовательно сворачивает электродную панель от дальнего конца по спирали.
Исследователи продемонстрировали зонды с конфигурацией до 256 каналов (64 шунта с 4 электродами на каждом). Механическое моделирование показало, что максимальная деформация в местах соединений одной панели с другой не превышает 3%.
В ходе исследований на гелевых фантомах мозга ученые обнаружили, что при введении электрода кончики шунтов могут проскальзывать, и это связано с его отказом. Но удалось установить, что критическая сила проскальзывания зависит от шага шунтов и толщины спейсера, что позволило разработать аналитическое правило для проектирования стабильных зондов.
In vivo тестирование на грызунах и приматах показало, что у них можно регистрировать как локальные полевые потенциалы, так и спайковую активность. В визуальной коре крыс исследователи зарегистрировали 79 отдельных единиц на 71 канале, где на 64 каналах удалось зафиксировать значительную реакцию на зрительные стимулы. Эксперименты на мышах в течение 5 недель позволили установить, что стабильность сигнала получается довольно высокой, с выходом SU 43 ± 10%.
Авторы проверили и то, как электрод влияет на ткани мозга. В ходе гистологического анализа выяснилось, что гибкие зонды ROSE вызывают меньшую активацию микроглии (Iba-1 маркер) по сравнению с традиционными кремниевыми зондами, что говорит о сниженной воспалительной реакции.
Метод позволяет создавать кастомные 3D-конфигурации зондов с предсказуемым позиционированием электродов, что открывает возможности для очень плотной записи нейронной активности в трехмерном пространстве.
Текст: Полина Ложкина