22/08/24Abstrakt
Elektrisk stimulation via invasive mikroelektroder anvendes almindeligvis til behandling af en bred vifte af neurologiske og psykiatriske tilstande. Trods den bemærkelsesværdige succes er stimuleringsydelsen ikke bæredygtig, da elektroderne bliver indkapslet af gliose på grund af reaktioner med fremmedlegemer. Magnetisk stimulation overvinder disse begrænsninger ved at eliminere behovet for metal-elektrode-kontakt. Her demonstrerer vi en ny mikrofabrikeret solenoidspole (80 µm × 40 µm) med en magnetisk kerne, der kan aktivere neuronalt væv.
Implanterbar mikromagnetisk stimulation (µMS) har adskillige fordele i forhold til elektrodebaseret stimulation. Forbedringer inden for nanofabrikationsteknologi har gjort det muligt for os at skabe ultrasmå solenoider med magnetiske kerner, der kan generere større magnetfelter, samtidig med at de er fuldstændigt indkapslet i en biokompatibel belægning. En ny mikrofabrikeret solenoid aktiverede med succes neuralt væv og viser derfor potentiale som et levedygtigt alternativ til nuværende neurale grænsefladeværktøjer til grundlæggende neurovidenskab og kliniske anvendelser, selvom yderligere undersøgelse er nødvendig.
Fig. a Opsætningen, der bruges til at måle den magnetiske fluxtæthed, der udsendes af den nye mikrosolenoid, ved hjælp af et specialbygget system baseret på en NV-diamantsensor. b Scanningsvinduet er vist anvendt i opsætning (a). c Opsætningen brugte proof-of-concept af µMS ved hjælp af mikro-/makrosolenoider i akutte hjerneskiver.
Fig. Epifluorescensmikrografi af et hjernesnit fra transgene Thy1-GCaMP6s-mus, der viser ændringen i fluorescens som reaktion på µMS ved brug af en (øverst) makrosolenoid og en (nederst) mikrosolenoid.
Analyse af billeddannelsesteknologi
DeDhyana 400BSIKameraet blev brugt til at observere radiofluorescensmikroskopiske billeder af hjerneskiver fra transgene mus. Det har god kontrast og følsomhed, giver fremragende kvanteeffektivitet og lav støj ved UV-bølgelængder, og 16-bit-tilstanden med højt dynamisk område tillader billeddannelse af lysfelt og fluorescens, selv når fluorescenssignalet er meget lavt. Strålingsændringerne fra forskellige størrelser af solenoider til musehjerneskiver kan ses intuitivt i billedet, så man foreløbigt kan bestemme skemaets gennemførlighed. Submillimeter- og millimeterspoler omdanner den påførte strøm til magnetisk flux, som derefter inducerer en elektrisk feltgradient, der er stærk nok til at bevæge ioner og skubbe dem til at registrere (eller undertrykke) neuronens respons.
Referencekilde：
1. Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX et al. Udvikling af mikrofabrikerede solenoider med magnetiske kerner til mikromagnetisk neural stimulering. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
