美国卡内基梅隆大学的工程研究人员成功研制出开创性的不锈钢神经探针，将使脑部研究与治疗变得更加安全、高效。
目前，科学家在读取脑部信号时主要使用硅基神经探针。尽管硅基探针在浅层薄组织中表现良好，但硅材料本身具有脆性，在深脑操作过程中容易断裂，可能对脑组织造成不可逆的损伤。而美国宾夕法尼亚州卡内基梅隆大学的工程研究人员已研制出全球首款不锈钢神经探针。这一突破不仅支持可定制化的高密度神经信号记录，更使脑部信号读取比以往更加安全。
借助不锈钢探针，研究人员可在最大限度减少皮层组织损伤的前提下，将探针精准送达脑部中层区域，从而实现术中与术间的神经信号记录，可应用于癫痫病灶定位与深部脑刺激器植入等场景。研究人员将这种不锈钢神经探针命名为“钢电极”（Steeltrodes）。
不锈钢探针性能优于硅基探针
该项研究负责人、卡内基梅隆大学电气与计算机工程系教授Maysam Chamanzar解释道：“硅材料之所以被广泛用于电子器件与微机电系统（MEMS）的制造，是因为基于硅的微细加工工艺已相当成熟。然而，硅本身是一种脆性材料，这使其并非制造植入式神经探针的理想选择——植入式神经探针通常具有较大的长径比，即细而纤长，若采用硅材料则极易折断。相比之下，不锈钢具有极高的断裂韧性，不易断裂。同时，它还是一种生物相容性材料，可安全植入人体。”
过去，针对不锈钢的微细加工工艺远不如硅基加工工艺成熟。卡内基梅隆大学团队现已开发出一套兼容不锈钢基材的微细加工工艺。Chamanzar教授说道：“该工艺沿用了现有的标准微细加工工序，因此其规模化制造成本可与硅基神经探针相当。”
“与逐件手工组装的传统神经探针不同，我们研制的多枚‘钢探针’可同步并行加工，这正是得益于我们开发的可扩展微细加工工艺。借助这一工艺，钢探针可实现批量生产，且成本大幅降低。”采用不锈钢制造高密度探针，不仅可以延长探针长度，还能增强其韧性，从而将断裂风险降至最低。
为新一代不锈钢器件开辟道路
曾在卡内基梅隆大学攻读博士期间参与该项目的Zabir Ahmed表示：“除了为临床应用打造坚固耐用型不锈钢神经探针之外，更让我振奋的是，这项工作还开创了一种直接在钢材上进行平面微细加工的全新工艺。这一工艺有望催生一类集成多种功能的不锈钢器件，在更广泛的领域发挥重要作用。”
在不锈钢微细加工的基础上，该团队还对制造后处理与封装工艺进行了优化。Chamanzar实验室的研究科学家Ibrahim Kimukin表示：“我们设计的封装方法可与商用刺激与记录系统无缝集成，使研究人员与医务工作者能够轻松采用我们研发的不锈钢器件。”
未来，该团队希望神经外科医生能够在同一患者身上使用多根不锈钢探针，以获取更全面的脑部活动记录。Chamanzar展望道：“借助钢探针，我们终有一天能够以高分辨率、低损伤的方式，记录大脑多个区域的神经活动。这种网格化神经信号记录将改变脑部疾病的诊断与治疗方式。”
这种不锈钢神经探针可用于神经信号记录与刺激，从而对癫痫、帕金森病等脑部疾病进行诊断与治疗干预。除神经科学应用外，Chamanzar还补充道：“我们的创新方法为多种功能性微细加工不锈钢器件打开了大门，这些器件可安全植入人体，在骨科、心血管介入以及听力改善等更广泛的领域得到应用。”
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