為了記錄腦部活動，神經(jīng)外科醫(yī)生會在大腦表面放置稱為生物電極的傳感器。這些細條狀的電極可以捕捉神經(jīng)元發(fā)出的信號。問題在于，這些電極是按照單一模型制造的，旨在以相同的方式適配所有患者，而實際上，大腦皮層褶皺的排列，特別是腦回和腦溝的結構，會因年齡、性別、體重和身高等因素而因人而異。

由周濤教授領導的賓夕法尼亞州立大學團隊剛剛在《先進材料》雜志上發(fā)表了一種替代方案：基于患者自身MRI掃描的3D打印水凝膠生物電極。

3D打印電極完美貼合人腦模型的幾何形狀。

這種定制傳感器的制造過程比看起來要簡單。首先進行核磁共振掃描。然后，利用掃描結果進行有限元分析——這一過程可以創(chuàng)建人體神經(jīng)結構的詳細模擬——并重建三維模型。接下來，軟件會設計一個形狀與大腦特定脊溝相吻合的電極。最后，使用直接墨水書寫技術將該模型打印出來。

這種高含水量水凝膠材料具有類似軟組織的性質。為了防止其在軟化過程中失去強度，周濤及其團隊選擇了一種類似蜂窩的結構。這種結構更輕、用料更少、制造速度更快。

研究人員為21個不同的大腦定制了電極，并測量了它們與皮層表面的粘附性。在所有情況下，這些定制電極的貼合度都優(yōu)于傳統(tǒng)模型。在對大鼠進行的28天測試中，這些傳感器工作正常，沒有引發(fā)免疫反應或信號衰減，也沒有干擾腦脊液的流動——而傳統(tǒng)的剛性電極往往會阻礙腦脊液的流動。

該團隊設想將這項工作作為未來臨床應用的基礎。初期，重點將放在監(jiān)測神經(jīng)退行性疾病上，之后再轉向治療。其設想是，醫(yī)院可以在上午收到患者的核磁共振掃描結果，并在當天下午為神經(jīng)外科醫(yī)生提供一塊根據(jù)患者精確解剖結構打印的電極。

編譯整理：3dnatives