新型氣溶膠噴射金屬納米顆粒3D 打印技術(shù)的原理與應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：39　發(fā)布日期：2025-11-7　來源：https://www.tuotuot.cn/newsinfo/8711667.html

腦機(jī)能的實(shí)現(xiàn)主要依靠神經(jīng)元之間電信號(hào)的傳導(dǎo)，因此神經(jīng)信號(hào)的輸出檢測(cè)對(duì)于腦運(yùn)作機(jī)制的研究以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和治療至關(guān)重要。這一傳導(dǎo)過程所借助的神經(jīng)電極即檢測(cè)神經(jīng)信號(hào)的電極，構(gòu)成了神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程的基石。此類電極的制備工藝、理化特征和與神經(jīng)組織的界面效應(yīng)尤為重要。

神經(jīng)電極包括非柔性微電極（金屬微絲電極、硅基電極等）和柔性微電極（薄膜電極、柔性微絲電極等）。以“猶他陣列”為例，其是通過微機(jī)電系統(tǒng)（切割、刻蝕、光刻等技術(shù)）制備的硅電極陣列（圖1），被認(rèn)為是高通道神經(jīng)接口的黃金標(biāo)準(zhǔn)。但其陣列結(jié)構(gòu)的間距受到切割鋸口寬度的限制，通信通道量較小以及物理尺寸的局限性，限制了其在小動(dòng)物、神經(jīng)或視網(wǎng)膜中的許多應(yīng)用。

圖1左，NeuroPort® 猶他電極陣列；右，電極的臨床試驗(yàn)示意圖（來源：猶他電極陣列官網(wǎng)、知乎（https://zhuanlan.zhihu.com/p/709589877））

3D打印電極為當(dāng)前的電極設(shè)計(jì)提供了一種新的替代方案�？▋�(nèi)基梅隆大學(xué)的Rahul P. Panat和Eric A. Yttri教授團(tuán)隊(duì)提出的新型氣溶膠噴射金屬納米顆粒3D 打印技術(shù)，可以制造高電極密度、可定制的微電極陣列（CMU 陣列）（圖2）。

圖2 氣溶膠噴射制備微電極陣列（來源：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj4853）
Stuart F. Cogan & Timothy J. Gardner 教授團(tuán)隊(duì)利用雙光子光刻和薄膜制備工藝制備的3D微電極陣列，集成在柔性PI聚酰亞胺或Parylene C薄膜上，包括一種300µm間距的16通道陣列、一種可穿透硬腦膜的仿生（蚊子針）陣列，以及一種增強(qiáng)表面積的多孔電極（圖3）。

圖3 雙光子3D打印制備微電極陣列（來源：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39152-7）

硬核功能-托托科技“視覺對(duì)準(zhǔn)+補(bǔ)償算法”助力駁接打印
駁接打印是指已有結(jié)構(gòu)的樣品表面進(jìn)行二次或多次打印，實(shí)現(xiàn)多材料、多結(jié)構(gòu)的精確集成制造。以托托科技UV Litho-ACA 無掩模光刻機(jī)加工的電極線路圖為例，通過駁接打印工藝，可在預(yù)留的凹孔位置處3D打印出微針陣列（圖4/圖5）。

圖4 硅片表面的模擬電極線路圖

圖5 通過托托科技自研神影 Miracle Vision系列3D顯微鏡檢測(cè)的表面形貌圖

托托科技織雀^®系列3D光刻設(shè)備搭配了高精度的視覺對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和補(bǔ)償算法，可對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)的光刻圖形晶圓上進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)打�。▓D示加工幅面:50*50mm²），從而打印出微針電極陣列（圖6）。其中，高精度的視覺對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)打印進(jìn)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而對(duì)打印樣件進(jìn)行實(shí)時(shí)的質(zhì)量監(jiān)控；自研圖像處理算法可實(shí)現(xiàn)投影圖形與待駁接版圖的精確對(duì)準(zhǔn)。