微納3D打印：賦能腦機接口，建立人腦與世界的高帶寬連接
時間：2024-08-19 13:15 來源： PuSL摩方高精密 作者：admin 閱讀：次
隨著數(shù)字化、網絡化、智能化為核心的新時代來臨，腦機接口技術已躍升為全球主要經濟體競相布局的關鍵領域，旨在催生經濟發(fā)展的新引擎，并構筑起國際競爭的新高地。與傳統(tǒng)制造方法相比，3D打印可以顯著降低腦機接口技術的生產成本，快速推動原型制作和測試迭代，加速腦機接口技術的創(chuàng)新和改進，為其在人工智能、生物醫(yī)療、疾病康復、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實等領域的應用提供了新的可能性。
現(xiàn)狀與趨勢
腦機接口技術是指通過在人腦神經與電子或者機械設備間建立直接連接通路，來實現(xiàn)神經系統(tǒng)和外部設備間信息交互與功能整合的技術。典型的腦機接口系統(tǒng)一般分為四部分，即腦電信號的采集，腦電信號的分析，依據(jù)腦電信號控制實施的行為，以及外界的反饋。其中的關鍵核心技術包括采集腦電信號的電極、神經接口芯片、信號解碼等一系列前沿科技。
根據(jù)Grand View Research數(shù)據(jù)表明，2023年全球腦機接口的市場規(guī)模已達到20億美元，并預計從2024年至2030年將以17.8%的年復合增長率快速增長。隨著神經假體設備的疾病流行率的增加、全球老年人口基數(shù)的上升，龐大的患者群體基數(shù)帶動需求擴張，政策上大力支持腦科學與類腦研究的發(fā)展，技術上“產學研醫(yī)”緊密協(xié)同，腦機接口行業(yè)在多因素促進下有望邁入發(fā)展快車道。
在傳統(tǒng)制造技術面臨挑戰(zhàn)的背景下，3D打印不僅能夠實現(xiàn)復雜電極的精確制造，顯著降低生產成本，快速原型制作和設計迭代，為研究人員提供了一個高效的平臺，使他們能夠迅速地進行設計測試和優(yōu)化，從而加速腦機接口技術的創(chuàng)新與改進。這種靈活性和快速響應能力，對于不斷發(fā)展的腦機接口領域來說，無疑是推動其技術進步的關鍵因素。
Exaddon AG，作為一家專注于微納金屬增材制造（µAM）技術創(chuàng)新性解決方案提供商，其CERES 3D打印系統(tǒng)可實現(xiàn)在室溫條件下直接生產和修復微納金屬物體，且整個過程無需任何后處理步驟。該技術的應用之一，便是制造用于腦機接口的微型電極，這些電極旨在植入大腦，實現(xiàn)外部計算能力與大腦的直接連接。這一突破性的應用為帕金森病或阿爾茨海默癥等嚴重神經退行性疾病患者的生活質量改善提供了可能性，通過精準的神經信號讀取和調控，助力于恢復或增強他們的認知與運動功能。
Exaddon
AG的CERES系統(tǒng)憑借其基于電化學沉積的金屬增材制造技術（μAM），不僅確保了金屬電極的高導電性和優(yōu)異的生物相容性，為植入設備提供了關鍵保障，而且賦予了電極微觀結構設計超高靈活性，使得研究人員能夠根據(jù)需求定制電極，以優(yōu)化提高與生物組織的互動及信號采集效率。
挑戰(zhàn)與未來
當然，腦機接口技術并非簡單的即插即用，涉及到可植入技術，通常稱為皮層電圖（ECoG），直接貼合大腦表面，提供比外部電極更為精確的信息。然而，其安裝過程相對復雜，需要能夠從大腦傳導電信號的生物相容微型電極，這些電極必須足夠精密微小，以便能夠長期穩(wěn)定地植入體內。其中“μECoG”技術（微型電極），是近期的一項重大創(chuàng)新，正以迅猛的速度逐步成為領域內的關注焦點。
現(xiàn)有可植入技術的關鍵局限性之一是“傳統(tǒng)硬質電子材料與人體動態(tài)、柔軟且彎曲的特性之間的機械不匹配”。這種不匹配引發(fā)了使用者在長期使用設備時對舒適度和耐久性的擔憂。同時，為了實現(xiàn)高保真信號傳導，所用材料必須具備優(yōu)異的導電性，這在非金屬材料中尤其具有挑戰(zhàn)性。目前的技術方案主要依賴于金或鉑電極，而基底材料的選擇涵蓋了銥、鉑、聚酰亞胺、金等。
為了解決這一問題，研究人員研發(fā)了一種具有微柱陣列的柔性基底。Malliaras等研究者利用Exaddon獨特的μAM技術開發(fā)了一種PEDOT:PSS微針陣列，其電極覆蓋區(qū)域為10 × 10 µm²，電極間的中心距離為60 µm。這些創(chuàng)新的研究成果不僅為神經科學和生物醫(yī)學工程領域提供了新的思路，而且有望在未來為腦機接口技術的進一步發(fā)展奠定堅實的基礎。
瑞士Exaddon AG已與摩方精密建立長期戰(zhàn)略合作伙伴關系。根據(jù)協(xié)議，摩方精密作為Exaddon AG中國市場的官方服務提供商及主要推廣合作伙伴，專注于推廣微納金屬3D打印技術，提供設備支持并拓展市場。雙方共同致力于將微納3D打印技術廣泛應用于人工智能、腦機接口、生物醫(yī)藥、半導體封裝與測試等多個領域，共同推動技術革新與產業(yè)進步。
現(xiàn)狀與趨勢
腦機接口技術是指通過在人腦神經與電子或者機械設備間建立直接連接通路，來實現(xiàn)神經系統(tǒng)和外部設備間信息交互與功能整合的技術。典型的腦機接口系統(tǒng)一般分為四部分，即腦電信號的采集，腦電信號的分析，依據(jù)腦電信號控制實施的行為，以及外界的反饋。其中的關鍵核心技術包括采集腦電信號的電極、神經接口芯片、信號解碼等一系列前沿科技。
*圖片來源于網絡
根據(jù)Grand View Research數(shù)據(jù)表明，2023年全球腦機接口的市場規(guī)模已達到20億美元，并預計從2024年至2030年將以17.8%的年復合增長率快速增長。隨著神經假體設備的疾病流行率的增加、全球老年人口基數(shù)的上升，龐大的患者群體基數(shù)帶動需求擴張，政策上大力支持腦科學與類腦研究的發(fā)展，技術上“產學研醫(yī)”緊密協(xié)同，腦機接口行業(yè)在多因素促進下有望邁入發(fā)展快車道。
在傳統(tǒng)制造技術面臨挑戰(zhàn)的背景下，3D打印不僅能夠實現(xiàn)復雜電極的精確制造，顯著降低生產成本，快速原型制作和設計迭代，為研究人員提供了一個高效的平臺，使他們能夠迅速地進行設計測試和優(yōu)化，從而加速腦機接口技術的創(chuàng)新與改進。這種靈活性和快速響應能力，對于不斷發(fā)展的腦機接口領域來說，無疑是推動其技術進步的關鍵因素。
Exaddon AG，作為一家專注于微納金屬增材制造（µAM）技術創(chuàng)新性解決方案提供商，其CERES 3D打印系統(tǒng)可實現(xiàn)在室溫條件下直接生產和修復微納金屬物體，且整個過程無需任何后處理步驟。該技術的應用之一，便是制造用于腦機接口的微型電極，這些電極旨在植入大腦，實現(xiàn)外部計算能力與大腦的直接連接。這一突破性的應用為帕金森病或阿爾茨海默癥等嚴重神經退行性疾病患者的生活質量改善提供了可能性，通過精準的神經信號讀取和調控，助力于恢復或增強他們的認知與運動功能。
△高縱橫比：直接在預圖案化軌跡或接觸墊上以微米級精度打印高寬比（100:1）的結構。
△銅或金微柱：在室溫下通過局部電沉積打印高導電性純金屬針和柱，打印后可對柱進行涂覆。
挑戰(zhàn)與未來
當然，腦機接口技術并非簡單的即插即用，涉及到可植入技術，通常稱為皮層電圖（ECoG），直接貼合大腦表面，提供比外部電極更為精確的信息。然而，其安裝過程相對復雜，需要能夠從大腦傳導電信號的生物相容微型電極，這些電極必須足夠精密微小，以便能夠長期穩(wěn)定地植入體內。其中“μECoG”技術（微型電極），是近期的一項重大創(chuàng)新，正以迅猛的速度逐步成為領域內的關注焦點。
現(xiàn)有可植入技術的關鍵局限性之一是“傳統(tǒng)硬質電子材料與人體動態(tài)、柔軟且彎曲的特性之間的機械不匹配”。這種不匹配引發(fā)了使用者在長期使用設備時對舒適度和耐久性的擔憂。同時，為了實現(xiàn)高保真信號傳導，所用材料必須具備優(yōu)異的導電性，這在非金屬材料中尤其具有挑戰(zhàn)性。目前的技術方案主要依賴于金或鉑電極，而基底材料的選擇涵蓋了銥、鉑、聚酰亞胺、金等。
為了解決這一問題，研究人員研發(fā)了一種具有微柱陣列的柔性基底。Malliaras等研究者利用Exaddon獨特的μAM技術開發(fā)了一種PEDOT:PSS微針陣列，其電極覆蓋區(qū)域為10 × 10 µm²，電極間的中心距離為60 µm。這些創(chuàng)新的研究成果不僅為神經科學和生物醫(yī)學工程領域提供了新的思路，而且有望在未來為腦機接口技術的進一步發(fā)展奠定堅實的基礎。
△精細間距陣列：間距可以根據(jù)需要定制。圖像：40 x 40陣列，由直徑1.6 μm的銅柱組成，以25 μm的間距打印，總共1600根微柱。
瑞士Exaddon AG已與摩方精密建立長期戰(zhàn)略合作伙伴關系。根據(jù)協(xié)議，摩方精密作為Exaddon AG中國市場的官方服務提供商及主要推廣合作伙伴，專注于推廣微納金屬3D打印技術，提供設備支持并拓展市場。雙方共同致力于將微納3D打印技術廣泛應用于人工智能、腦機接口、生物醫(yī)藥、半導體封裝與測試等多個領域，共同推動技術革新與產業(yè)進步。
(責任編輯：admin)
Fabric8Labs推出AI芯片定
Titomic又一合作，將與nuF
荷蘭公司將開設3D打印船舶
Chicago Additive推出AMOS
590MHz帶寬+超90%輻射效率
威斯康星大學麥迪遜分校工最新內容
突破性生物3D打印
迪拜LEAP 71公司
3D生物打印構建內
《Small Science
南洋理工-劍橋大
清華大學：抗拉強熱點內容
