تطوير مسبار سليكوني ميكروي لدعم الزرعات العصبية
من المتوقع أن يقدم “مسبار المصفوفة العصبية Neural Probe Array” خدماتٍ هامة للأشخاص الذين يعانون من بتر في الأطراف وإصابات بالنخاع الشوكي أو الأشخاص الذين يعانون من الأمراض العصبية الحركية. تستطيع هذه المصفوفات أن تؤمن طريق اتصال مباشر بين الدماغ والأطراف الصناعية عبر تسجيل نشاط العصبونات وتحفيزها في القشرة المخية.
أدت الحاجة المتزايد لإنتاج وتطوير مسبار مصفوفة عصبية يتصف بكونه مدمج، موثوق، وعالي الأداء لدفع الباحثين لاستخدام تقنيات التصنيع الميكروية Microfabrication. اليوم، تمكن فريق بحثي بقيادة مينغ يوان تشينغ من معهد الالكترونيات الميكروية في سنغافورة من إنتاج مسبار مصفوفة عصبية ثلاثي الأبعاد من أجل الاستخدام المزمن وطويل الأمد في الدماغ. هذه المصفوفة الجديدة مدمجة بما فيه الكفاية كي تتنتشر عبر الدماغ عندما يتم زراعتها في القشرة المخية.
يجب أن يتم زراعة مسبار المصفوفة العصبية في الفراغ تحت-النسيج العنكبوتي في الدماغ، وهي منطقة ضيقة بعمق 1-2.5 ميللي متر وتقع بين طبقة الأم الحنون Pia Matter والأم الجافية Dura Matter في غشاء السحايا. يقول تشين :” إذا تم زراعة مصفوفة ذات مقطع جانبي كبير فإنها قد تلامس الجمجمة وتقوم بتخريب النسيج الذي تظهر ضمنه التأثيرات الحركية الدقيقة، وذلك بين الدماغ والمسبار “. من أجل تجنب هذه المشكلة، فإن على المسبار المزروع أن يكون رفيعاً قدر الإمكان.
الطرق الحالية تتمحور حول استخدام الكترودات تشكيلة الكترودات مجهرية – مكيروسكوبية – تعتمد في بينتها على ركائز سليكونية، إلا أن هذه الطرق تقيد الطول الأعظمي الذي يمكن أن يبلغه المسبار بثخانة الركيزة التي تم صنع المسبار منها، وبعدد الكترودات التسجيل.
الطرق الأخرى المستخدمة من أجل إنتاج مسبار المصفوفة العصبية ثلاثي الأبعاد تعتمد على تصنيعه بدءاً من ركائز سليكونية ثنائية الأبعاد. بكل الأحوال، فإن هذه المصفوفات تتميز بكونها معقدة ومكلفة، كما أنها كبيرة وصعبة الحركة لأن الدعم السليكوني في بنيتها يتضمن الدارة المتكاملة ذات التطبيق المحدد ASIC والمضمنة في بنتيها، والتي تهدف لتسجيل نشاط العصبونات.
ما قام به تشين وزملاؤه هو تشكيل مسابر ثنائية الأبعاد ومن ثم حقنها ضمن صفيحة سليكونية رفيعة لفترة زمنية مؤقتة بغرض عملية تجميعها مع بعضها البعض. ومن أجل إنتاج مصفوفة ثلاثية الأبعاد، قام تشين وزملاؤه بجمع التشكيلة الناتجة مع رقاقة التسجيل. وبدلاً من أن تكون منتظمة، وجد الفريق أن نقاط الاتصال بين الكترودات المسبار ورقاقة التسجيل قد انتظمت بشكل متعامد، مما أعطى بالنتيجة مخططاً غير متطابق.
ويقول تشين :” من أجل حل هذه المشكلة، قام الفريق بتشكيل موصل سليكوني يقوم بوصل المكونات مع بعضها البعض بشكل كهربائي. هذه التشكيلة المكيروية الجديدة تتحكم بشكل فعال بالارتفاع الكلي للمصفوفة ليكون أقل من 750 ميكرومتر “.
بالمقارنة مع المسابر العصبية التجارية، فإن المصفوفة الجديدة تتمتع بخصائص كهربائية منافسة، تتضمن ممانعة الالكترودات، كما أن اختبارات التوافقية الحيوية أظهرت أن وجود عناصر المصفوفة لم يؤدي لتمزيق أغشية الخلايا أو منع الخلايا من عملية النمو.
يقوم الفريق الآن بضبط ابتكارهم الجديد من أجل دمج المصفوفة الناتجة مع رقاقة تسجيل لاسلكية وجعل التشكيلة الكلية قابلة للزرع بشكل كامل.
المصدر: موقع Phys.org
للاطلاع على البحث المنشور في مجلة Journal of Micromechanics and Microengineering: اضغط هنا
