文章名稱：Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition

期刊：Nature Communications IF 17

文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45590-8

【引言】

炎癥通常是由免疫細胞的炎癥細胞因子積累所引起的,，普遍存在于各種疾病中,。電流刺激可以在一定程度上抑制炎癥的發(fā)生，被認為是一種潛在的炎癥治療方法,。雖然電刺激的治療不需要對患者進行手術(shù),，但相關(guān)療法面臨著刺激路徑/電流峰值不精確、刺激機制不明確等問題,，無法以最佳刺激路徑,，或適合的刺激電流對相關(guān)區(qū)域進行電刺激，這也使得電刺激療法通常伴隨著周圍組織的損傷和其他并發(fā)癥,。

近日,，復(fù)旦大學(xué)相關(guān)課題組提出了一種基于神經(jīng)形態(tài)的柔性浮柵晶體管的電刺激技術(shù)。該技術(shù)利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備了柔性器件并將其包裹在交感神經(jīng)鏈上實現(xiàn)直接刺激,，通過可控制的仿生電信號對相關(guān)部位進行電刺激,，從而最大限度地降低了對神經(jīng)的損傷,。通過測試炎癥細胞因子（IL6）,發(fā)現(xiàn)該方法與傳統(tǒng)方法相比IL6下降了73.5%,。相關(guān)研究內(nèi)容以《Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition》為題，發(fā)表于國際SCI期刊《Nature Communications》上,。

本文中所有的柔性器件均使用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備而得,。該系統(tǒng)無需掩膜板,，可以在非傳統(tǒng)基底上迅速實現(xiàn)高精度的光刻任務(wù)，能夠滿足科研中對光刻和套刻的不同需求,。設(shè)備采用集成化設(shè)計,、結(jié)構(gòu)小巧緊湊（70 cm X 70 cm X 70 cm），適合任何實驗室桌面,。同時,，其基于創(chuàng)新性的全自動控制，具有可靠性高,、操作簡便,、直寫速度快，分辨率高（XY：<1 μm）等特點,。憑借這些優(yōu)勢,，MicroWriter ML3滿足了本研究對多樣化光刻的所有需求。

小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3

【圖文導(dǎo)讀】

圖1.神經(jīng)形態(tài)的電刺激用于抑制肌腱炎癥概念圖。其中一個柔性電極環(huán)繞在支配肌腱段的交感神經(jīng)鏈上,，以提供直接刺激,，并使用二維梯度功能材料電荷耦合器神經(jīng)形態(tài)刺激器來發(fā)射仿生脈沖。這種交感神經(jīng)直接刺激和仿生脈沖的結(jié)合促進了去甲腎上腺素的釋放,，該物質(zhì)抑制與肌腱損傷相關(guān)的炎癥細胞因子,，同時對神經(jīng)造成的損害最小。

圖2.基于神經(jīng)形態(tài)的柔性MoS₂浮柵晶體管電路,。（a）柔性電路的光學(xué)照片和示意圖和（b）MoS₂浮柵晶體管的示意圖。（c）晶體管的橫截面的TEM及EDS的表征結(jié)果,。（d）MoS₂浮柵晶體管的SEM表征結(jié)果,。（e）MoS₂的拉曼和AFM表征結(jié)果。（f）不同材料的生物相容性測試,。

圖3.柔性浮柵晶體管集成電路的制備流程。(a）清理后的PI基底,，PI薄膜厚度為30微米,。(b)使用MicroWriter ML3在柔性基底上制備電極。(c)通過ALD沉積絕緣層,。(d)轉(zhuǎn)移MoS₂二維材料,。(e)通過再次激光直寫和刻蝕制備圖案化MoS₂結(jié)構(gòu)。(f)第三次光刻并沉積金屬，形成電極,。

圖4.所制備的柔性浮柵晶體管集成電路的SEM和光學(xué)照片。（a) 使用MicroWriter ML3制備的柔性浮柵晶體管集成電路的光學(xué)照片,。（b)MoS₂二維材料在電路中的SEM成像結(jié)果,。

圖5.所制備的柔性器件在抑制肌腱炎癥發(fā)生,，同時對周圍神經(jīng)的損傷達到最小,。（a）在小鼠的腹主動脈（紅色）富有交感神經(jīng)鏈神經(jīng)節(jié)的部分（黃色）進行實驗。（b）手術(shù)后組織中IL-6隨時間的變化,。（c）通過免疫吸附法測試不同處理手段下組織周圍的IL-6.(d）交感神經(jīng)鏈神經(jīng)節(jié)部分的染色和（e）TEM結(jié)果,。（f）DAPI/IL6和CD68在不同刺激下的反應(yīng)結(jié)果。（g）NE的免疫吸附測量結(jié)果,。

【結(jié)論】

綜上所述,，研究人員基于MoS₂二維材料制備出了柔性的可用于炎癥產(chǎn)生的電子器件，同時實現(xiàn)了在抑制炎癥發(fā)生的同時對周圍神經(jīng)的損傷最小,，為制備相關(guān)的柔性電子醫(yī)療設(shè)備提供了新的研究思路和方法,。從文中研究人員對小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3的使用上來看，該設(shè)備可以在非傳統(tǒng)基底上迅速實現(xiàn)高精度的光刻任務(wù),，能夠滿足科研中多樣化的光刻和套刻需求,。