Amylopectin‐based Hydrogel Probes for Brain‐machine Interfaces

神经调节 材料科学 神经科学 生物神经网络 脑植入物 生物医学工程 生物相容性 可重构性 神经假体 纳米技术 计算机科学 医学 中枢神经系统 生物 电信 冶金
作者
Yanxia Qin,Hao Zhao,Chang Qi,Yan Liu,Zhen Jing,Dehai Yu,Samuel M. Mugo,Hongda Wang,Qiang Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (6): e2416926-e2416926 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202416926
摘要

Implantable neural probes hold promise for acquiring brain data, modulating neural circuits, and treating various brain disorders. However, traditional implantable probes face significant challenges in practical applications, such as balancing sensitivity with biocompatibility and the difficulties of in situ neural information monitoring and neuromodulation. To address these challenges, this study developed an implantable hydrogel probe capable of recording neural signals, modulating neural circuits, and treating stroke. Amylopectin is integrated into the hydrogels, which can induce reorientation of the poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) chain and create compliant interfaces with brain tissues, enhancing both sensitivity and biocompatibility. The hydrogel probe shows the capability of continuously recording deep brain signals for 8 weeks. The hydrogel probe is effectively utilized to study deep brain signals associated with various physiological activities. Neuromodulation and neural signal monitoring are performed directly in the primary motor cortex of rats, enabling control over their limb behaviors through evoked signals. When applied to the primary motor cortex of stroke-affected rats, neuromodulation significantly reduced the brain infarct area, promoted synaptic reorganization, and restored motor functions and balance. This research represents a significant scientific breakthrough in the design of neural probes for brain monitoring, neural circuit modulation, and the development of brain disease therapies.
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