Přemýšlení mimo krabici k výrobě přizpůsobených 3D nervových čipů

Kultivované nervové tkáně byly široce používány jako zjednodušený experimentální model pro výzkum mozku. Stávající zařízení pro pěstování a zaznamenávání nervových tkání, která se vyrábějí pomocí polovodičových procesů, však mají omezení z hlediska modifikace tvaru a implementaci trojrozměrných (3D) struktur.

Tím, že přemýšlel mimo krabici, výzkumný tým Kaist úspěšně vytvořil přizpůsobený 3D nervový čip. Nejprve použili 3D tiskárnu k výrobě struktury dutého kanálu, poté použili kapilární akce Automaticky vyplnit kanály vodivým inkoustem a vytvořením elektrod a zapojení. Očekává se, že tento úspěch výrazně zvýší svobodu designu a všestrannost mozkových věd a výzkumných platforem pro mozkové inženýrství. Papír je Publikováno v časopise Pokročilé funkční materiály.

Výzkumný tým vedený profesorem Yoonkey Nam z Katedry bio a mozkového inženýrství úspěšně vyvinul technologii platformy, která překonává omezení tradiční polovodičové výroby. Tato technologie umožňuje přesnou výrobu 3D mikroelektrodového pole (nervová rozhraní s více mikroelektrody uspořádanými ve 3D prostoru pro měření a stimulaci elektrofyziologického signálu neuronů) v různých přizpůsobených formách pro kultivační čipy in vitro.

Stávající výroba pole 3D mikroelektrodových polí, založená na polovodičových procesech, má omezenou 3D designovou svobodu a je drahá. Zatímco v poslední době byly navrženy techniky výroby 3D tisku pro překonání těchto problémů, stále mají omezení, pokud jde o svobodu 3D designu pro různé struktury in vitro neuronových sítí, protože sledují tradiční sekvenci „vzorování vodivého materiálu → izolační povlak → otevření elektrody“.

Výzkumný tým Kaist využil vynikající 3D design svobodu poskytnutý 3D Technologie tisku a jeho schopnost používat tištěné materiály jako izolátory. Zvrácením tradičního procesu založili inovativní metodu, která umožňuje flexibilnější návrh a funkční měření 3D neuronálních síťových modelů pro kulturu in vitro.

Nejprve použili 3D tiskárnu k tisku dutého 3D izolátoru s mikro-tunnely. Tato struktura byla navržena tak, aby sloužila jako stabilní lešení pro vodivé materiály ve 3D prostoru a zároveň podporovala vytvoření různých 3D neuronálních sítí. Poté prokázali, že pomocí kapilární akce k vyplnění těchto vnitřních mikro-tunnelů vodivý inkoustMohli by vytvořit 3D pole lešení-mikroelektrody s více volně uspořádanými mikroelektrody v komplexní struktuře podpěry 3D kultury.

Nová platforma může být použita k vytvoření různých tvarů čipů, jako je typ sondy, krychle typu a modulární typ a podporuje výrobu elektrod pomocí různých materiálů, jako jsou grafit, vodivé polymery a stříbrné nanočástice. To umožňuje simultánní měření vícekanálových nervových signálů z vnitřní i vně 3D neuronální sítě, což umožňuje přesnou analýzu dynamických interakcí a konektivity mezi neurony.

Profesor Nam uvedl: „Tento výzkum, který kombinuje 3D tisk a kapilární akci, je úspěch, který výrazně rozšiřuje svobodu výroby nervových čipů.“ Dodal, že to přispěje k rozvoji základního výzkumu mozkových věd pomocí Neurální tkáňstejně jako aplikovaná pole, jako jsou biosenzory na bázi buněk a biokomputování.

Jako první autor studie se zúčastnil Dr. Dongjo Yoon z Kaistského oddělení bio a mozkového inženýrství.