用于微创颅外科的可展开电极

Stephanie Lacour的专长是开发适应运动体的柔性电极，提供与神经系统的更可靠的连接。她的工作本质上是跨学科的。

因此，当一位神经外科医生要求Lacour和她的团队提出通过人类头骨插入的微创电极时，他们提出了一个优雅的解决方案，充分利用了他们在合规电极方面的专业知识，并受到软机器人致动的启发。研究结果发表在Science Robotics上。

挑战?通过颅骨上的一个小孔插入一个大的皮质电极阵列，将设备部署在颅骨和大脑表面之间约1毫米的空间中，而不会损坏大脑。

“微创神经技术是提供高效，患者定制疗法的基本方法，”EPFL神经X研究所教授Stéphanie Lacour说。“我们需要设计一个能够折叠的小型电极阵列，穿过头骨上的一个小孔，然后部署在位于皮层上的平坦表面上。然后，我们结合了软生物电子学和软机器人的概念。

从螺旋臂的形状，到每个臂在高度敏感的脑组织顶部的部署，这种新颖的可展开电极的每个方面都是巧妙的工程。

第一个原型由一个电极阵列组成，该电极阵列穿过直径为2厘米的孔，但在展开时，会延伸到直径为4厘米的表面上。它有六个螺旋形臂，以最大化电极阵列的表面积，从而增加与皮层接触的电极数量。直臂导致电极分布不均匀，与大脑接触的表面积较小。

有点像一只螺旋状的蝴蝶在前错综复杂地挤压在它的茧内，电极阵列及其螺旋臂被整齐地折叠在一个圆柱形管内，即装载机，准备通过头骨上的小孔展开。

得益于受软机器人启发的外延致动机制，每个螺旋臂一次轻轻地部署在敏感的脑组织上。“外翻机制的美妙之处在于，我们可以在大脑上部署具有恒定和最小压缩的任意尺寸的电极，”该研究的第一作者Suhko Song说。“软机器人社区对这种外翻机制非常感兴趣，因为它是受生物启发的。这种外翻机制可以模拟树根的生长，在树根可以生长多少方面没有限制。

电极阵列实际上看起来像一种橡胶手套，每个螺旋形手指的一侧都有柔性电极图案。手套倒置或由内而外翻转，折叠在圆柱形装载机内。为了展开，将液体插入每个倒置的手指中，一次一个，当倒置的手指在大脑上展开时，将右面向外转动。

Song还探讨了将电极臂卷起作为部署策略的想法。但是手臂越长，卷起来就越粗。如果卷起的电极变得太厚，那么它将不可避免地占用颅骨和大脑之间的太多空间，从而对脑组织施加危险的压力。

电极图案是通过将柔性金蒸发到非常柔顺的弹性体材料上而产生的。

到目前为止，可展开的电极阵列已经在迷你猪中成功进行了测试。软神经技术现在将由Neurosoft Bioelectronics扩展，这是EPFL从软生物电子界面实验室分拆出来的，将领导其临床转化。