In Vivo Chronic Brain Cortex Signal Recording Based on a Soft Conductive Hydrogel Biointerface

材料科学 自愈水凝胶 生物界面 生物相容性 生物医学工程 脑-机接口 神经科学 纳米技术 脑电图 医学 生物 高分子化学 冶金
作者
Chiara Rinoldi,Yasamin Ziai,Seyed Shahrooz Zargarian,Paweł Nakielski,Krzysztof Zembrzycki,Mohammad Ali Haghighat Bayan,Anna Zakrzewska,Roberto Fiorelli,Massimiliano Lanzi,Agnieszka Kostrzewska-Księżyk,Rafał Czajkowski,Ewa Kublik,Leszek Kaczmarek,Filippo Pierini
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (5): 6283-6296 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acsami.2c17025
摘要

In neuroscience, the acquisition of neural signals from the brain cortex is crucial to analyze brain processes, detect neurological disorders, and offer therapeutic brain–computer interfaces. The design of neural interfaces conformable to the brain tissue is one of today’s major challenges since the insufficient biocompatibility of those systems provokes a fibrotic encapsulation response, leading to an inaccurate signal recording and tissue damage precluding long-term/permanent implants. The design and production of a novel soft neural biointerface made of polyacrylamide hydrogels loaded with plasmonic silver nanocubes are reported herein. Hydrogels are surrounded by a silicon-based template as a supporting element for guaranteeing an intimate neural-hydrogel contact while making possible stable recordings from specific sites in the brain cortex. The nanostructured hydrogels show superior electroconductivity while mimicking the mechanical characteristics of the brain tissue. Furthermore, in vitro biological tests performed by culturing neural progenitor cells demonstrate the biocompatibility of hydrogels along with neuronal differentiation. In vivo chronic neuroinflammation tests on a mouse model show no adverse immune response toward the nanostructured hydrogel-based neural interface. Additionally, electrocorticography acquisitions indicate that the proposed platform permits long-term efficient recordings of neural signals, revealing the suitability of the system as a chronic neural biointerface.
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