传统刚性探针与脑组织之间存在严重的机械不匹配，从而引发脑内免疫反应，阻碍了信号采集的长期稳定性。先前的研究已经制定了各种策略来减轻术后异物反应，包括减小探针尺寸，使用可移动或可生物降解的涂层，以及响应性基底。然而，减小探针尺寸需要在增加的易弯曲性和穿透精确度之间权衡。并且，这些探针必须在整个穿透过程中保持刚性，增加了插入探针期间出血的风险，引起临床可行性方面的担忧。尽管先进的精密设备可以在光学引导系统或高灵敏度机械传感器的帮助下降低血管损伤的风险，但它们对复杂设计、制备和专业化要求的依赖给实施带来了挑战。开发一种在植入过程中变得柔顺的探针似乎可以避免术中出血。然而，弯曲刚度不足使得这种探针在推力作用下极易变形，而不是像预期的那样植入目标脑区。

为了进一步测试防止术中出血的单轴延伸神经电极的实际应用性能，真实的观测电极在植入过程中避开血管的能力，作者利用超维景自主研发的高分辨型微型化双光子显微镜（FHIRM-HR），成功记录到电极植入避开血管到电极退出的全过程。

2024年06月，南京医科大学胡本慧团队在国际著名期刊npj Flex Electron上发表题为“Uniaxial extending neural probes for bleeding-absent implantation”的研究论文。利用微型化双光子成像技术等技术，成功观测到了防止术中出血的单轴延伸神经电极在植入过程中防止出血的功能。

作者利用纵向平行骨架间分子链间相互作用抑制探针横向弛豫，构建了一种可单轴延伸的神经探针。该神经探针具备优异的机械顺应性，同时在无出血情况下，沿主轴方向自行植入。并且，植入前弯曲刚度高以顺利刺破大脑表面，植入后弯曲刚度低以增强机械顺应性。探针主干由PEDOT在预定向PEG-DA支架中自组装构成。带正电的PEDOT链沿着含有带负电PSS的支架平行排列，产生强烈的链间相互作用。随后的脱水使PEDOT和PEG-DA之间的链距减小，链间相互作用增强。因此，骨架截面方向的扩张被全面限制(面内变形抑制效应)，使我们的探针能够沿着植入主轴保持延伸(图1)。

图1. UENPs的设计和工作原理

作者利用微型化双光子显微镜体积小安装灵活的特点，观察活体大鼠大脑皮层表层的内部结构，进而监测探针植入轨迹中的血管状况（图2）。在UENP的插入和收回过程中，微血管（直径约90 μm）的位移是可以忍受和安全的，而不是被植入物强行推或拖走，直到血管破裂。这是因为UENP横向扩张被抑制，从而使施加在血管上的额外压力最小化，所以血管与UENP之间的摩擦减少。作者还使用颗粒图像测速(PIV)分析了一些毛细血管后小静脉(直径小于20 μm) 的位移。其中近端血管最大位移为8 μm，远端血管最大位移为5 μm。这些毛细血管后小静脉非常脆弱，但未见破裂。然而，硅基探针和植入临时硬化探针在植入过程中均发生明显的出血。作者还在体外模拟了植入过程，进一步证明了UENP对血管的安全性。

图2. UENPs植入过程中血管的时空编排

【参考文献】
Ren, X., BAI, W., Chen, S. et al. Uniaxial extending neural probes for bleeding-absent implantation. npj Flex Electron 8, 36 (2024)