激光诱导周期性表面结构增强神经电极电荷转移能力并调节星形胶质细胞功能

摘要： 脑机接口（BMI）是指一组能够与中枢神经系统（CNS）内可兴奋神经组织进行通信的技术。近年来BMI虽取得重大进展，但由于植入CNS后记录电极的信噪比随时间推移而下降，这些进步受到阻碍。这种退化归因于宿主组织的固有反应——即反应性胶质增生，该过程涉及一系列复杂的免疫介质，通过合成促炎信号分子和募集胶质细胞导致植入物被包裹。临床上需要减少原位组织包裹并改善神经电极的长期功能。通过在纳米尺度对电极表面进行物理改性，整合电化学和形貌信号来调节神经细胞行为，或可满足这些需求。本研究采用飞秒/皮秒激光加工技术对商用铂铱（Pt/Ir）微电极探针进行纳米形貌（NT）功能化处理，生成激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。通过扫描电子显微镜和原子力显微镜评估了三种不同形貌及其物理特性，利用电化学阻抗谱和循环伏安法研究了这些界面的电化学特性。随后通过共聚焦显微镜、ELISA和多重蛋白阵列分析，评估了混合皮层培养物（胚胎大鼠E14/E17）的体外反应。总体而言，LIPSS特征改善了电极的电化学性能，促进细胞定向排列，并调控了多种参与关键神经元功能的离子通道表达。