【肌肉內(nèi)肌電圖的體外記錄】

微針的大伸縮性和相對(duì)較高的模量使SMNEA平臺(tái)非常適合記錄動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)組織內(nèi)的電生理信號(hào)，如肌肉內(nèi)肌電圖。海洋軟體動(dòng)物Aplysia californica的頰腫塊是一個(gè)模型，其中包含負(fù)責(zé)進(jìn)食、咬合和吞咽的不同肌肉群的密集組合。本研究演示了如何應(yīng)用SMNEA從孤立、動(dòng)態(tài)的Plysia頰塊感測(cè)肌肉內(nèi)肌電圖。I1/I3和I2肌肉群以及一個(gè)被動(dòng)鉸鏈?zhǔn)穷a塊的主要組成部分，它們共同作用壓縮橈骨/齒突（齒狀舌和移動(dòng)齒狀舌的肌肉）以進(jìn)行進(jìn)食。在圖5A所示的回縮周期中，I2肌肉放松，I1/I3肌肉收縮，將橈骨/噬齒肌向后推。結(jié)果，橈骨表面向后旋轉(zhuǎn)，接近食道入口。之后，當(dāng)I1/I3和I2肌肉全部松弛時(shí)，橈骨/頜骨旋轉(zhuǎn)回原來的位置，頰面恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)。

將帶有不同長(zhǎng)度微針（0.4至1.5毫米）的八通道SMNEA裝置縱向連接到分離的頰腫塊上，微針電極插入肌肉組織（圖5B）。在SMNEA和頰腫塊表面之間使用水凝膠生物粘合劑可確保裝置與頰腫塊的穩(wěn)定粘附。在典型的回縮運(yùn)動(dòng)周期中，存在三個(gè)不同的階段：收縮、放松和靜止（圖5A）。在第一階段（第一階段），頰前部腫塊隨著I1/I3肌肉的收縮和I2肌肉的放松而縮回。因此，前端直徑（R）減小，而從口腔到食道的長(zhǎng)度（L）增加（圖5C）。在第二階段，隨著I1/I3和I2肌肉的放松，頰前肌群膨脹，導(dǎo)致L和R發(fā)生相反的變化。在第三階段，隨著I1/I3和I2肌肉群的放松，頰前肌群處于靜止?fàn)顟B(tài)?？衫霺MNEA在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中跟隨頰塊的變形。記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過制備含有微針電極的頰腫塊切片并對(duì)其進(jìn)行保形顯微成像，確定微針電極和特定肌群的位置（圖5D）。編號(hào)為1至4的相對(duì)較長(zhǎng)的微針電極（長(zhǎng)度約為1.5毫米）插入I1/I3肌肉，編號(hào)為5至8的短微針電極（長(zhǎng)度約為0.4至0.8毫米）插入I2肌肉（圖5E），其暴露的尖端為活動(dòng)記錄點(diǎn)。從SMNEA的1至4號(hào)電極記錄到的肌內(nèi)肌電信號(hào)（圖5F）和相應(yīng)的功率譜密度圖顯示，在第一階段，當(dāng)I1/I3肌肉收縮和I2肌肉放松時(shí)，振幅明顯高于從5至8號(hào)電極記錄到的振幅。在第二階段和第三階段，I1/I3和I2肌肉都處于放松狀態(tài)，EMG信號(hào)的振幅下降。圖5H中的功率譜分析顯示，第一階段的峰值振幅集中在5到20赫茲之間，這是plysia肌內(nèi)肌電圖的特征。

2.總結(jié)與展望

本研究開發(fā)了一種可擴(kuò)展的制造方法，用于制造具有高器件伸展性和定制性的微針電極陣列。通過將激光微加工、成型、微細(xì)加工和轉(zhuǎn)移印刷獨(dú)特地結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)具有各種幾何形狀和陣列布局的可單獨(dú)尋址微針電極，以及較大的機(jī)械伸展性。凝膠輔助化學(xué)蝕刻工藝可方便地控制局部活性電極區(qū)域。電極配置的定制化是定向傳感或刺激的理想選擇。例如，這些具有空間可控長(zhǎng)度的穿透電極可到達(dá)大腦皮層電路結(jié)構(gòu)多層的不同深度，或可進(jìn)入單個(gè)神經(jīng)束，對(duì)周圍神經(jīng)進(jìn)行選擇性刺激。相對(duì)較高的微針模量使其能夠穩(wěn)健地插入目標(biāo)組織，電極陣列的可拉伸性確保了以微創(chuàng)方式與柔軟、動(dòng)態(tài)移動(dòng)的組織進(jìn)行親密的生物界面接觸。這些特性使SMNEA成為在生物組織內(nèi)部進(jìn)行體外或體內(nèi)傳感或刺激的理想平臺(tái)，正如在Plysia的頰腫塊中進(jìn)行肌內(nèi)EMG記錄的例子所證明的那樣。這種SMNEA平臺(tái)可應(yīng)用于腦機(jī)接口的電生理傳感、皮膚間質(zhì)的電化學(xué)傳感以及神經(jīng)和肌肉的電刺激。通過優(yōu)化蛇形互連，可以實(shí)現(xiàn)更高的電極密度。SMNEA的柔軟性和可拉伸性使其有可能適用于測(cè)量具有較大和快速變形的動(dòng)態(tài)組織，也適用于長(zhǎng)期使用，這可能需要穩(wěn)定的界面粘附到目標(biāo)組織上?？纱┩?、可拉伸的微針陣列還可與先進(jìn)的傳感器、光學(xué)、光電子學(xué)和微流體技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各種傳感和調(diào)制功能，包括體液提取、光導(dǎo)輔助光學(xué)治療、光遺傳學(xué)和靶向給藥等。

文章來源：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn7202

可拉伸微針電極陣列（SMNEAs）的設(shè)計(jì)、制造、特性表征和應(yīng)用（一）

可拉伸微針電極陣列（SMNEAs）的設(shè)計(jì)、制造、特性表征和應(yīng)用（二）

可拉伸微針電極陣列（SMNEAs）的設(shè)計(jì)、制造、特性表征和應(yīng)用（三）