將導電聚合物做成牙膏狀,MIT 用 3D 列印製作腦機介面電極

3D 列印的腦機介面電極探頭。圖片來源:MIT News

【為什麼我們要編譯這篇文章】3D 列印技術不斷突破,近期麻省理工學院(MIT)科學家將導電聚合物做成牙膏狀,成功列印出膠狀的腦機介面電極探頭,比舊型的金屬探針柔軟,更貼合大腦,還能降低發炎的狀況。

目前科學家已在執行動物實驗,若成功應用在人腦,會是怎樣的情景呢?(責任編輯:郭家宏)

3D 列印技術日益發達,已不再只能做出塑膠小玩具,3D 列印技術不僅能幫助重工業、電子產業大量設計、製造消費品材料,近期技術更進一步突破。麻省理工學院團隊成功研發一款 3D 列印材料,讓本身具有導電性質的材料可以被保留在列印物上,未來可能被運用在腦機介面(brain-machine interface)技術,取代現有的金屬製植入式電極探頭,也證明了 3D 列印材料上的更多可能性。

導電聚合物做 3D 列印材料,牙膏狀保留導電性質

麻省理工學院上個月底於科學期刊 Nature Communications 上發表最新研究,成功使用了具有可塑性的導電聚合物研發出一款牙膏狀的 3D 列印材料,可以讓透過 3D 列印產出的物品保留原本聚合物的導電性質。

研究團隊原使用的 3D 列印導電聚合物材料為聚苯乙烯磺酸鹽(Polystyrene sulfonate),是一種漆黑、深藍色的液體狀物質,該材料因成分內含奈米纖維而具有導電性,但經 3D 列印後液狀型態導致導電性流失,研究團隊發現讓奈米纖維的含量介於 5 – 8% 時,材料會呈現牙膏狀型態,這也因此讓 3D 列印出來的物品保留了原本導電的性能。

性質柔軟又可導電,更適合腦機介面金屬電極探頭

以往的腦機介面技術中,為讓人的腦神經能夠透過機器人為下達指令,常需要使用金屬的植入式電極探頭接受、傳遞訊號,不過因大腦是人類最脆弱的器官之一,以往金屬製材料,長久使用容易造成損傷或發炎等反應。

而麻省理工學院研究團隊的研究成果,使用 3D 列印產出的導電聚合物,製作成膠狀電極探頭,質地更為柔軟,可以更加貼合大腦的形狀,更適合長時間與大腦連結,也減少了金屬剛性材質對腦組織帶來的傷害,被視為有可能取代腦機介面電極探頭金屬原件的最佳材料。目前該團隊已將此技術用於老鼠的大腦進行實驗,初步驗證了其可行性。

突破現有技術限制,3D 列印材料將有更多可能

領導這項研究團隊的麻省理工學院機械工程系教授趙選賀透露,在製造腦機介面的植入式金屬電極探頭的技術中,3D 列印是最適合製造導電聚合物元件的技術,比起 2D 主流的絲網印刷或噴墨印刷的產出侷限於 2D 元件上,3D 列印技術比上述兩者工法更精密;而目前常見於來製造電極探頭的電子束蝕刻法,需花費上千至上萬美元,3D 列印技術相較之下將能有效低製造成本。

趙選賀表示,3D 列印的導電聚合物方面實現了從 0 到 1 的突破,他也強調腦機介面只是其中一個能證明材料性能的應用情景,體現了既具有柔性又有導電性的優勢。這項技術的研發也為許多材料的應用,提供了更多從 2D 變成 3D 的可能性。

參考資料來源:
《DeepTech 深科技》: 从 0 到 1 的突破!麻省理工团队实现导电聚合物的“升维”制造 | 独家专访
《MIT News》:Engineers 3D print soft, rubbery brain implants
《SlashGear》:MIT creates 3D printed soft brain implants
(本文提供合作夥伴轉載。圖片來源:MIT News

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