MicroFab Inkjet噴墨打印技術在助力無損抗炎新突破中的應用
復旦大學微電子學院周鵬教授團隊與上海交通大學醫(yī)學院附屬第六人民醫(yī)院劉珅團隊合作，在《Nature Communications》發(fā)表最新研究成果，基于MicroFab Jetlab 4噴墨打印系統(tǒng)進行柔性電極的制備，提出了一種基于二維半導體MoS2浮柵存儲器叉指電路（FGM IDC）的神經(jīng)形態(tài)電刺激策略（2D ES），通過刺激交感神經(jīng)抑制肌腱損傷后的炎癥反應。柔性電極包裹在支配肌腱段的交感神經(jīng)鏈上，實現(xiàn)了低電流（0.175 mA）、高生物相容性的抗炎治療，提供了一種低神經(jīng)損傷的神經(jīng)形態(tài)仿生刺激方案，為高效炎癥抑制和減少并發(fā)癥帶來新啟示。
關鍵詞：噴墨打印技術、神經(jīng)形態(tài)電刺激、炎癥抑制、柔性電極
亮點
▶ 技術優(yōu)勢：通過Jetlab 4噴墨打印系統(tǒng)制備的柔性電極能夠模擬神經(jīng)元電信號，釋放亞閾值脈沖，選擇性抑制促炎因子（如TNF-α、IL-6）的釋放，而無需穿透組織，顯著降低感染風險
▶ 低損傷高效抑制：相比傳統(tǒng)電刺激方法，該技術顯著降低組織損傷風險，同時提高炎癥抑制效率，為慢性炎癥治療提供新策略
▶ 機制創(chuàng)新：通過神經(jīng)形態(tài)電刺激（2D ES）模擬生物神經(jīng)信號傳導，精準調(diào)控交感神經(jīng)活動，有效抑制肌腱損傷后的炎癥反應，減少并發(fā)癥，同時采用MoS₂浮柵存儲器叉指電路（FGM IDC），利用二維材料的原子級厚度和優(yōu)異電學特性，實現(xiàn)低功耗、高靈敏度的神經(jīng)電刺激，避免傳統(tǒng)金屬電極的神經(jīng)損傷問題
▲圖左：神經(jīng)形態(tài)仿生電刺激實現(xiàn)高效低損傷炎癥抑制作用示意圖；圖右：基于單層MoS2 FGM IDC的神經(jīng)形態(tài)刺激器
應用利用Microfab Jetlab 4噴墨打印系統(tǒng)制備的柔性電極與MoS₂浮柵存儲器實現(xiàn)了對交感神經(jīng)鏈的神經(jīng)元形態(tài)學ES抑制肌腱損傷炎癥反應的功能。浮柵存儲器具有優(yōu)異的器件性能和仿生可編程性，模擬了生物突觸漸進可調(diào)的長時程可塑性，并發(fā)射仿生刺激尖峰，刺激神經(jīng)的同時減少神經(jīng)元損傷。受益于本征仿生尖峰，神經(jīng)形態(tài)電刺激能夠以低于商業(yè)刺激儀近50%的幅值使炎癥細胞因子IL-6降低73.5%。同時進一步驗證了交感神經(jīng)刺激下炎癥細胞因子的減少是通過髓系細胞(單核/巨噬細胞和粒細胞)上的β2腎上腺素能受體(ADRB2)調(diào)控實現(xiàn)。通過微創(chuàng)手術植入具有集成FGM電路和電極的無線供電柔性芯片，以及無創(chuàng)性經(jīng)皮刺激將是仿生神經(jīng)電刺激解決方案走向臨床實際應用的可能方向。
參考文獻：
[1] Bao R, Wang S, Liu X, et al. Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition. Nature Communications. 2024;15:1327.
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