Self-spreadable Octopus-like Electrode Arrays for Long-term Neural Recordings

Lulu Wang Zexin Xie Cheng Zhong Yongqiang Tang Fengming Ye Liping Wang Yi Lu

Citation:  Wang Lulu, Xie Zexin, Zhong Cheng, Tang Yongqiang, Ye Fengming, Wang Liping, Lu Yi. Self-spreadable Octopus-like Electrode Arrays for Long-term Neural Recordings[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(12): 190903. doi: 10.3866/PKU.WHXB201909035 shu

用于长期神经电生理记录的自伸展电极阵列

    通讯作者: 王立平, lp.wang@siat.ac.cn
    鲁艺, luyi@siat.ac.cn
  • 基金项目:

    广东省脑连接图谱重点实验室 2017B030301017

    广东省自然科学基金 2016A030313182

    国家自然科学基金 31871080

    中科院战略先导专项 XDBS01030100

    广东省科技专项 2018B030331001

    国家自然科学基金(31871080, 31700921), 中科院战略先导专项(XDBS01030100), 中科院青年创新促进会, 广东省科技专项(2018B030331001), 广东省自然科学基金(2016A030313182), 广东省脑连接图谱重点实验室(2017B030301017)资助项目

    国家自然科学基金 31700921

摘要: 由于能够实现高时空分辨的神经环路功能解析,微电极阵列已经成为了神经科学研究中的重要工具。然而,目前在自由活动动物中实施长期稳定的电生理记录仍然极具挑战。为此,我们研发了一种可自伸展的多通道电极阵列,并探讨了其应用于长期神经电生理记录的可行性和潜在优势。当电极植入后,其表面的水凝胶包裹层会迅速溶胀并溶解,随后电极阵列的记录通道会在脑组织中自行展开。由于分散的记录通道的直径较小,电极在长期植入后的组织反应显著减轻。得益于此,与传统的四电极(tetrode)相比,这种自伸展电极在长期植入后的界面阻抗显著降低,电生理信号质量更好。上述特性将受益于活体水平的神经环路机制研究。

English

    1. [1]

      Spira, M. E.; Hai, A. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (2), 83. doi: 10.1038/nnano.2012.265

    2. [2]

      Jun, J. J.; Steinmetz, N. A.; Siegle, J. H.; Denman, D. J.; Bauza, M.; Barbarits, B.; Lee, A. K.; Anastassiou, C. A.; Andrei, A.; Aydin, C.; et al. Nature 2017, 551 (7679), 232. doi: 10.1038/nature24636

    3. [3]

      Lu, Y.; Zhong, C.; Wang, L.; Wei, P.; He, W.; Huang, K.; Zhang, Y.; Zhan, Y.; Feng, G.; Wang, L. Nat. Commun. 2016, 7, 10962. doi: 10.1038/ncomms10962

    4. [4]

      Gradinaru, V.; Mogri, M.; Thompson, K. R.; Henderson J. M.; Deisseroth. K. Science 2009, 324, 354. doi: 10.1126/science.1167093

    5. [5]

      Peca, J.; Feliciano, C.; Ting, J. T.; Wang, W.; Wells, M. F.; Venkatraman, T. N.; Lascola, C. D.; Fu, Z.; Feng, G. Nature 2011, 472 (7344), 437. doi: 10.1038/nature09965

    6. [6]

      Ferenczi, E. A.; Zalocusky, K. A.; Liston, C.; Grosenick, L.; Warden, M. R.; Amatya, D.; Katovich, K.; Mehta, H.; Patenaude, B.; Ramakrishnan, C.; et al. Science 2016, 351 (6268), aac9698. doi: 10.1126/science.aac9698

    7. [7]

      Wei, P.; Liu, N.; Zhang, Z.; Liu, X.; Tang, Y.; He, X.; Wu, B.; Zhou, Z.; Liu, Y.; Li, J.; et al. Nat. Commun. 2015, 6, 6756. doi: 10.1038/ncomms7756

    8. [8]

      Donoghue, J. P. Neuron 2008, 60 (3), 511. doi: 10.1016/j.neuron.2008.10.037

    9. [9]

      陆泽营, 徐声伟, 王昊, 刘军涛, 高飞, 宋轶琳, 谢精玉, 肖桂花, 张禹, 戴玉川, 等.物理化学学报, 2020, 36, 1907033. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907033Lu, Z. Y.; Xu, S. W.; Wang, H.; Liu, J. T.; Gao, F.; Song, Y. L.; Xie, J. Y.; Xiao, G. H.; Zhang, Y.; Dai, Y. C.; et al. Acta. Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1907033. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907033

    10. [10]

      Polikov, V. S.; Tresco, P. A.; Reichert, W. M. J. Neurosci. Methods 2005, 148 (1), 1. doi: 10.1016/j.jneumeth.2005.08.015

    11. [11]

      Williams, J. C.; Rennaker R. L.; Kipke D. R. Brain. Res. Protoc. 1999, 4, 303. doi: 10.1016/s1385-299x(99)00034-3

    12. [12]

      Neary, J. T.; Kang, Y.; Willoughby, K. A.; Ellis, E. F. J. Neurosci. 2003, 23, 2348. doi: 10.1016/S0006-3223(03)01528-7

    13. [13]

      Szarowski, D. H.; Andersen, M. D.; Retterer, S.; Spence, A. J.; Isaacson, M.; Craighead, H. G.; Turner, J. N.; Shain, W. Brain Research 2003, 983, 23. doi: 10.1016/s0006-8993(03)03023-3

    14. [14]

      Lu, Y.; Li, Y.; Pan, J.; Wei, P.; Liu, N.; Wu, B.; Cheng, J.; Lu, C.; Wang, L. Biomaterials 2012, 33 (2), 378. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.09.083

    15. [15]

      Chen, R.; Canales, A.; Anikeeva, P. Nat. Rev. Mater. 2017, 2 (2), 16093. doi: 10.1038/natrevmats.2016.93

    16. [16]

      欧阳建勇.物理化学学报, 2018, 34 (11), 1211. doi: 10.3866/PKU.WHXB201804095Ouyang, J. Acta. Phys. -Chim. Sin. 2018, 34 (11), 1211. doi: 10.3866/PKU.WHXB201804095

    17. [17]

      Wellman, S. M.; Eles, J. R.; Ludwig, K. A.; Seymour, J. P.; Michelson, N. J.; McFadden, W. E.; Vazquez, A. L.; Kozai, T. D. Y. Adv. Funct. Mater. 2018, 28 (12), 1701269. doi: 10.1002/adfm.201701269

    18. [18]

      Wang, M.; Mi, G.; Shi, D.; Bassous, N.; Hickey, D.; Webster, T. J. Adv. Funct. Mater. 2018, 28 (12), 1700905. doi: 10.1002/adfm.201700905

    19. [19]

      Harris, A. R.; Wallace, G. G. Adv. Funct. Mater. 2018, 28 (12), 1700587. doi: 10.1002/adfm.201700587

    20. [20]

      Lee, H.; Bellamkonda, R. V.; Sun, W.; Levenston, M. E. J. Neural. Eng. 2005, 2 (4), 81. doi: 10.1088/1741-2560/2/4/003

    21. [21]

      Gilletti, A.; Muthuswamy, J. J. Neural. Eng. 2006, 3 (3), 189. doi: 10.1088/1741-2560/3/3/001

    22. [22]

      Rousche, P. J.; Pellinen, D. S.; Pivin, D. P.; Williams, J. C.; Vetter, R. J.; Kipke, D. R. IEEE. Trans. Biomed. Eng. 2001, 48, 361. doi: 10.1109/10.914800v

    23. [23]

      Metz, S.; Bertsch, A.; Bertrand, D.; Renaud, P. Biosens Bioelectron 2004, 19 (10), 1309. doi: 10.1016/j.bios.2003.11.021

    24. [24]

      Skousen, J. L.; Merriam, S. M.; Srivannavit, O.; Perlin, G.; Wise, K. D.; Tresco, P. A. Prog. Brain. Res. 2011, 194, 167. doi: 10.1016/B978-0-444-53815-4.00009-1

    25. [25]

      Seymour, J. P.; Kipke, D. R. Biomaterials 2007, 28 (25), 3594. doi: 10.1016/j.biomaterials.2007.03.024

    26. [26]

      Liu, J.; Fu, T. M.; Cheng, Z.; Hong, G.; Zhou, T.; Jin, L.; Duvvuri, M.; Jiang, Z.; Kruskal, P.; Xie, C.; et al. Nat. Nanotechnol. 2015, 10 (7), 629. doi: 10.1038/nnano.2015.115

    27. [27]

      Xie, C.; Liu, J.; Fu, T. M.; Dai, X.; Zhou, W.; Lieber, C. M. Nat. Mater. 2015, 14 (12), 1286. doi: 10.1038/nmat4427

    28. [28]

      Guan, S.; Wang, J.; Gu, X.; Zhao, Y.; Hou, R.; Fan, H.; Zou, L.; Gao, L.; Du, M.; Li, C.; Fang, Y. Sci. Adv. 2019, 5, eaav2842. doi: 10.1126/sciadv.aav2842

    29. [29]

      Zhong, C.; Zhang, Y.; He, W.; Wei, P.; Lu, Y.; Zhu, Y.; Liu, L.; Wang, L. J. Neurosci. Methods. 2014, 222, 218. doi: 10.1016/j.jneumeth.2013.11.013

    30. [30]

      Lu, Y.; Li, T.; Zhao, X.; Li, M.; Cao, Y.; Yang, H.; Duan, Y. Y. Biomaterials 2010, 31 (19), 5169. doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.03.022

    31. [31]

      Zhong, C.; Ke, D.; Wang, L.; Lu, Y.; Wang, L. Electrochem. Commun. 2017, 79, 59. doi: 10.1016/j.elecom.2017.04.015

    32. [32]

      Wang, L.; Zhong, C.; Ke, D.; Ye, F.; Tu, J.; Wang, L.; Lu, Y. Adv. Opt. Mater. 2018, 6, 1800427. doi: 10.1002/adom.201800427

    33. [33]

      Abidian, M. R.; Martin, D. C. Biomaterials 2008, 29 (9), 1273. doi: 10.1016/j.biomaterials.2007.11.022

    34. [34]

      徐守冬, 庄全超, 史月丽, 朱亚波, 邱祥云, 孙智.物理化学学报, 2011, 27 (10), 2353. doi: 10.3866/PKU.WHXB20111004Xu, S. D.; Zhuang, Q. C.; Shi, Y. L.; Zhu, Y. B.; Qiu, X. Y.; Sun, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (10), 2353. doi: 10.3866/PKU.WHXB20111004

    35. [35]

      孙观众, 黄博, 张熊, 张大成, 张海涛, 马衍伟.物理化学学报, 2014, 30 (11), 2071. doi: 10.3866/PKU.WHXB201408292Sun, X. Z.; Huang, B.; Zhang, X.; Zhang, D. C.; Zhang, H. T.; Ma, Y. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (11), 2071. doi: 10.3866/PKU.WHXB201408292

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  • 发布日期:  2020-12-15
  • 收稿日期:  2019-09-19
  • 接受日期:  2019-11-11
  • 修回日期:  2019-11-11
  • 网络出版日期:  2019-11-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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