22/08/24Abstract
Elektrische stimulatie via invasieve micro-elektroden wordt vaak gebruikt voor de behandeling van een breed scala aan neurologische en psychiatrische aandoeningen. Ondanks het opmerkelijke succes is de stimulatie niet duurzaam, omdat de elektroden door reacties op vreemde lichamen door gliosis worden ingekapseld. Magnetische stimulatie overwint deze beperkingen door de noodzaak van een contact tussen metaal en elektrode te elimineren. Hier demonstreren we een nieuwe, gemicrofabriceerde solenoïde-inductor (80 µm × 40 µm) met een magnetische kern die neuronaal weefsel kan activeren.
Implanteerbare micromagnetische stimulatie (µMS) heeft verschillende voordelen ten opzichte van elektrodegebaseerde stimulatie. Verbeteringen in nanofabricagetechnologie hebben ons in staat gesteld om ultrakleine solenoïden met magnetische kernen te creëren die grotere magnetische velden kunnen genereren terwijl ze volledig ingekapseld zijn in een biocompatibele coating. Nieuwe microgefabriceerde solenoïden activeerden succesvol zenuwweefsel en tonen daarom potentie als een haalbaar alternatief voor huidige neurale interface-instrumenten voor basale neurowetenschappen en klinische toepassingen, hoewel verder onderzoek nodig is.
Figuur a De opstelling die gebruikt wordt voor het meten van de magnetische fluxdichtheid die uitgezonden wordt door de nieuwe microsolenoïde met behulp van een speciaal gebouwd systeem gebaseerd op een NV-diamantsensor. b Het scanvenster dat getoond wordt in opstelling (a). c De opstelling gebruikt het proof-of-concept van µMS met behulp van de micro-/macrosolenoïden in acute hersenschijfjes.
Figuur . Epifluorescentiemicrografie van een hersenplakje van Thy1-GCaMP6s-transgene muizen, die de verandering in fluorescentie laat zien als reactie op µMS bij gebruik van een (boven) macrosolenoïde en een (onder) microsolenoïde.
Analyse van beeldtechnologie
DeDhyana 400BSIDe camera werd gebruikt om radiofluorescentiemicroscopische beelden van de hersenplakken van transgene muizen te observeren. De camera heeft een goed contrast en een goede gevoeligheid, biedt een uitstekende kwantumefficiëntie en weinig ruis bij UV-golflengten, en de 16-bits modus met hoog dynamisch bereik maakt het mogelijk om helderveldbeelden en fluorescentie te maken, zelfs bij een zeer laag fluorescentiesignaal. De stralingsveranderingen van verschillende groottes solenoïden in de hersenplakken van muizen zijn intuïtief te zien in de afbeelding, wat de haalbaarheid van het plan voorlopig kan bepalen. Submillimeter- en millimeterspoelen zetten de toegepaste stroom om in magnetische flux, die vervolgens een elektrische veldgradiënt induceert die sterk genoeg is om ionen te verplaatsen en aan te drijven om de reactie van het neuron te detecteren (of te onderdrukken).
Referentiebron：
1. Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX et al. De ontwikkeling van microgefabriceerde solenoïden met magnetische kernen voor micromagnetische neurale stimulatie. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
