微纳3D打印：赋能脑机接口，建立人脑与世界的高带宽连接
时间:2024-08-19 13:15 来源: PuSL摩方高精密 作者:admin 点击:次
| 随着数字化、网络化、智能化为核心的新时代来临，脑机接口技术已跃升为全球主要经济体竞相布局的关键领域，旨在催生经济发展的新引擎，并构筑起国际竞争的新高地。与传统制造方法相比，3D打印可以显著降低脑机接口技术的生产成本，快速推动原型制作和测试迭代，加速脑机接口技术的创新和改进，为其在人工智能、生物医疗、疾病康复、增强现实和虚拟现实等领域的应用提供了新的可能性。 现状与趋势 脑机接口技术是指通过在人脑神经与电子或者机械设备间建立直接连接通路，来实现神经系统和外部设备间信息交互与功能整合的技术。典型的脑机接口系统一般分为四部分，即脑电信号的采集，脑电信号的分析，依据脑电信号控制实施的行为，以及外界的反馈。其中的关键核心技术包括采集脑电信号的电极、神经接口芯片、信号解码等一系列前沿科技。 
*图片来源于网络
根据Grand View Research数据表明，2023年全球脑机接口的市场规模已达到20亿美元，并预计从2024年至2030年将以17.8%的年复合增长率快速增长。随着神经假体设备的疾病流行率的增加、全球老年人口基数的上升，庞大的患者群体基数带动需求扩张，政策上大力支持脑科学与类脑研究的发展，技术上“产学研医”紧密协同，脑机接口行业在多因素促进下有望迈入发展快车道。 
在传统制造技术面临挑战的背景下，3D打印不仅能够实现复杂电极的精确制造，显著降低生产成本，快速原型制作和设计迭代，为研究人员提供了一个高效的平台，使他们能够迅速地进行设计测试和优化，从而加速脑机接口技术的创新与改进。这种灵活性和快速响应能力，对于不断发展的脑机接口领域来说，无疑是推动其技术进步的关键因素。 Exaddon AG，作为一家专注于微纳金属增材制造（µAM）技术创新性解决方案提供商，其CERES 3D打印系统可实现在室温条件下直接生产和修复微纳金属物体，且整个过程无需任何后处理步骤。该技术的应用之一，便是制造用于脑机接口的微型电极，这些电极旨在植入大脑，实现外部计算能力与大脑的直接连接。这一突破性的应用为帕金森病或阿尔茨海默症等严重神经退行性疾病患者的生活质量改善提供了可能性，通过精准的神经信号读取和调控，助力于恢复或增强他们的认知与运动功能。 
△高纵横比：直接在预图案化轨迹或接触垫上以微米级精度打印高宽比（100:1）的结构。
△铜或金微柱：在室温下通过局部电沉积打印高导电性纯金属针和柱，打印后可对柱进行涂覆。
挑战与未来 当然，脑机接口技术并非简单的即插即用，涉及到可植入技术，通常称为皮层电图（ECoG），直接贴合大脑表面，提供比外部电极更为精确的信息。然而，其安装过程相对复杂，需要能够从大脑传导电信号的生物相容微型电极，这些电极必须足够精密微小，以便能够长期稳定地植入体内。其中“μECoG”技术（微型电极），是近期的一项重大创新，正以迅猛的速度逐步成为领域内的关注焦点。 现有可植入技术的关键局限性之一是“传统硬质电子材料与人体动态、柔软且弯曲的特性之间的机械不匹配”。这种不匹配引发了使用者在长期使用设备时对舒适度和耐久性的担忧。同时，为了实现高保真信号传导，所用材料必须具备优异的导电性，这在非金属材料中尤其具有挑战性。目前的技术方案主要依赖于金或铂电极，而基底材料的选择涵盖了铱、铂、聚酰亚胺、金等。 为了解决这一问题，研究人员研发了一种具有微柱阵列的柔性基底。Malliaras等研究者利用Exaddon独特的μAM技术开发了一种PEDOT:PSS微针阵列，其电极覆盖区域为10 × 10 µm²，电极间的中心距离为60 µm。这些创新的研究成果不仅为神经科学和生物医学工程领域提供了新的思路，而且有望在未来为脑机接口技术的进一步发展奠定坚实的基础。 
△精细间距阵列：间距可以根据需要定制。图像：40 x 40阵列，由直径1.6 μm的铜柱组成，以25 μm的间距打印，总共1600根微柱。
瑞士Exaddon AG已与摩方精密建立长期战略合作伙伴关系。根据协议，摩方精密作为Exaddon AG中国市场的官方服务提供商及主要推广合作伙伴，专注于推广微纳金属3D打印技术，提供设备支持并拓展市场。双方共同致力于将微纳3D打印技术广泛应用于人工智能、脑机接口、生物医药、半导体封装与测试等多个领域，共同推动技术革新与产业进步。 (责任编辑：admin) |