Ⅰ. Micronaaldelektroden en hun toepassingen
Micronaaldelektroden zijn naaldachtige apparaten op microschaal- die gedeeltelijk of volledig in het huidoppervlak kunnen doordringen om elektrofysiologische/elektrochemische signalen te verzamelen of elektrische stimulatie te bereiken. Ze worden veel gebruikt in draagbare/implanteerbare sensoren, neurowetenschappen en hersencomputerinterfaces. Hun belangrijkste voordeel is het vermogen om continu in vivo fysiologische en pathologische parameters zoals elektrocardiogrammen en elektromyogrammen te detecteren, waardoor directe en nauwkeurige gegevens voor diagnose en behandeling worden verkregen.
De Utah-elektrode-array, ontwikkeld door de Universiteit van Utah, is een representatieve technologie in micronaald-elektrode-arrays. Dankzij de unieke drie-naald- structuur heeft elke elektrode zowel een hoge spatiotemporele resolutie als uitstekende isolatie. Na implantatie werkt de elektrodetip alleen op de omringende neuronale groep en kan hij zelfs het afvuren van een enkel neuron registreren. Met de ontwikkeling van MEMS-technologie hebben micronaaldelektrode-arrays aanzienlijke verbeteringen gezien op het gebied van biocompatibiliteit, mechanische flexibiliteit, stabiliteit op lange termijn en resolutie.
Ⅱ. Elektrofysiologische oplossingen voor signaalverwerving
Op biomedisch gebied is de verwerving en analyse van elektrofysiologische signalen cruciaal voor de diagnose van ziekten en de beoordeling van de gezondheid. Deze signalen zijn echter complex en zwak, waardoor effectieve acquisitie een aanhoudende uitdaging is. Momenteel zijn er twee hoofdoplossingen: implanteerbaar en draagbaar.
Implanteerbare oplossingen omvatten het direct implanteren van een reeks micronaaldelektroden in het menselijk lichaam om realtime continue monitoring van elektrofysiologische signalen te realiseren. De voordelen liggen in de hoge spatiotemporele resolutie en stabiliteit, waardoor de schietactiviteit van individuele neuronen nauwkeurig wordt vastgelegd. Het brengt echter ook uitdagingen met zich mee, zoals chirurgische risico's, onvoldoende stabiliteit op de lange- termijn en problemen met de biocompatibiliteit.
Draagbare oplossingen geven prioriteit aan gemak en comfort. Door micronaaldelektrode-arrays op het huidoppervlak of in kleding in te bedden, kunnen gebruikers eenvoudig elektrofysiologische signalen monitoren. Deze oplossing elimineert de noodzaak van een operatie, vermindert de risico's en verbetert het gebruiksgemak en comfort. Het wordt echter nog steeds geconfronteerd met technische uitdagingen zoals signaalinterferentie en ruisonderdrukking die een oplossing vereisen.
Ⅲ. Toepassingen van micro-elektroden in de neurogeneeskunde
Micro-elektrode-arraytechnologie speelt, als belangrijk hulpmiddel voor elektrofysiologische signaalverwerving, een cruciale rol in neurogeneeskunde en hersencomputerinterfaces. Door micro-elektrode-arrays op het menselijk lichaam te implanteren of te dragen, kunnen wetenschappers neuronale ontstekingsactiviteit, elektro-encefalogram (EEG)-signalen en andere elektrofysiologische signalen in realtime volgen, waardoor een sterke ondersteuning wordt geboden voor de diagnose en behandeling van neurologische ziekten. Tegelijkertijd heeft de micro-elektrode-arraytechnologie ook nieuwe doorbraken gebracht in de ontwikkeling van hersencomputerinterfacetechnologie, waardoor het voor mensen mogelijk wordt externe apparaten via gedachten te besturen.
Ⅳ. Polymeer flexibele micronaalddroge elektroden
Op basis van polymeren zijn flexibele droge elektroden met micronaalden op een ingenieuze manier ontworpen om neurale elektrische signalen effectief te monitoren, waardoor nieuwe hulpmiddelen voor neuromedisch onderzoek worden geboden. Deze technologie verbetert niet alleen de efficiëntie van de elektrofysiologische signaalverwerving, maar biedt ook nieuwe mogelijkheden voor de vroege diagnose en behandeling van neurologische ziekten.