MicroFab Inkjet喷墨打印技术在助力无损抗炎新突破中的应用
2025-05-09 来源:睿度光电 点击次数:59
复旦大学微电子学院周鹏教授团队与上海交通大学医学院附属第六人民医院刘珅团队合作，在《Nature Communications》发表最新研究成果，基于MicroFab Jetlab 4喷墨打印系统进行柔性电极的制备，提出了一种基于二维半导体MoS2浮栅存储器叉指电路（FGM IDC）的神经形态电刺激策略（2D ES），通过刺激交感神经抑制肌腱损伤后的炎症反应。柔性电极包裹在支配肌腱段的交感神经链上，实现了低电流（0.175 mA）、高生物相容性的抗炎治疗，提供了一种低神经损伤的神经形态仿生刺激方案，为高效炎症抑制和减少并发症带来新启示。
关键词：喷墨打印技术、神经形态电刺激、炎症抑制、柔性电极
亮点
▶ 技术优势：通过Jetlab 4喷墨打印系统制备的柔性电极能够模拟神经元电信号，释放亚阈值脉冲，选择性抑制促炎因子（如TNF-α、IL-6）的释放，而无需穿透组织，显著降低感染风险
▶ 低损伤高效抑制：相比传统电刺激方法，该技术显著降低组织损伤风险，同时提高炎症抑制效率，为慢性炎症治疗提供新策略
▶ 机制创新：通过神经形态电刺激（2D ES）模拟生物神经信号传导，精准调控交感神经活动，有效抑制肌腱损伤后的炎症反应，减少并发症，同时采用MoS₂浮栅存储器叉指电路（FGM IDC），利用二维材料的原子级厚度和优异电学特性，实现低功耗、高灵敏度的神经电刺激，避免传统金属电极的神经损伤问题
▲图左：神经形态仿生电刺激实现高效低损伤炎症抑制作用示意图；图右：基于单层MoS2 FGM IDC的神经形态刺激器
应用利用Microfab Jetlab 4喷墨打印系统制备的柔性电极与MoS₂浮栅存储器实现了对交感神经链的神经元形态学ES抑制肌腱损伤炎症反应的功能。浮栅存储器具有优异的器件性能和仿生可编程性，模拟了生物突触渐进可调的长时程可塑性，并发射仿生刺激尖峰，刺激神经的同时减少神经元损伤。受益于本征仿生尖峰，神经形态电刺激能够以低于商业刺激仪近50%的幅值使炎症细胞因子IL-6降低73.5%。同时进一步验证了交感神经刺激下炎症细胞因子的减少是通过髓系细胞(单核/巨噬细胞和粒细胞)上的β2肾上腺素能受体(ADRB2)调控实现。通过微创手术植入具有集成FGM电路和电极的无线供电柔性芯片，以及无创性经皮刺激将是仿生神经电刺激解决方案走向临床实际应用的可能方向。
参考文献：
[1] Bao R, Wang S, Liu X, et al. Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition. Nature Communications. 2024;15:1327.
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