22/08/24Abstrakt
Elektrisk stimulering via invasiva mikroelektroder används ofta för att behandla en mängd olika neurologiska och psykiatriska tillstånd. Trots dess anmärkningsvärda framgång är stimuleringsprestandan inte hållbar eftersom elektroderna inkapslas av glios på grund av reaktioner med främmande kroppar. Magnetisk stimulering övervinner dessa begränsningar genom att eliminera behovet av metall-elektrodkontakt. Här demonstrerar vi en ny mikrotillverkad solenoidinduktor (80 µm × 40 µm) med en magnetisk kärna som kan aktivera neuronal vävnad.
Implanterbar mikromagnetisk stimulering (µMS) har flera fördelar jämfört med elektrodbaserad stimulering. Förbättringar inom nanotillverkningsteknik har gjort det möjligt för oss att skapa ultrasmå solenoider med magnetiska kärnor som kan generera större magnetfält samtidigt som de är helt inkapslade i en biokompatibel beläggning. Nya mikrotillverkade solenoider aktiverade framgångsrikt nervvävnad och visar därför potential som ett gångbart alternativ till nuvarande neurala gränssnittsverktyg för grundläggande neurovetenskap och kliniska tillämpningar, även om ytterligare forskning krävs.
Fig. a Uppställningen som används för att mäta den magnetiska flödestätheten som emitteras av den nya mikrosolenoiden med hjälp av ett specialbyggt system baserat på en NV-diamantsensor. b Skanningsfönstret visas som använts i uppställning (a). c Uppställningen använde koncepttest för µMS med hjälp av mikro-/makrosolenoider i akuta hjärnskivor.
Fig. Epifluorescensmikrografi av en hjärnskiva från transgena Thy1-GCaMP6s-möss som visar förändringen i fluorescens som svar på µMS vid användning av en (övre) makrosolenoid och en (nedre) mikrosolenoid
Analys av bildteknik
DeDhyana 400BSIKameran användes för att observera radiofluorescensmikroskopiska bilder av hjärnskivorna hos transgena möss. Den har god kontrast och känslighet, ger utmärkt kvanteffektivitet och lågt brus vid UV-våglängder, och 16-bitarsläget med högt dynamiskt omfång möjliggör avbildning av ljusfält och fluorescens även när fluorescenssignalen är mycket låg. Strålningsförändringarna från solenoider i olika storlekar jämfört med mushjärnskivor kan ses intuitivt i bilden, för att preliminärt kunna avgöra schemats genomförbarhet. Submillimeter- och millimeterspolar omvandlar den pålagda strömmen till magnetiskt flöde, vilket sedan inducerar en elektrisk fältgradient som är tillräckligt stark för att flytta joner och pressa dem att känna av (eller undertrycka) neuronens svar.
Referenskälla：
1. Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX et al. Utveckling av mikrotillverkade solenoider med magnetiska kärnor för mikromagnetisk neural stimulering. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
