2024年5月1日，美国南加州大学Hangbo Zhao课题组在《Science Advances》上发布了一篇题为“Highly stretchable and customizable microneedle electrode arrays for intramuscular electromyography”的论文。论文内容如下：

一、 摘要

        可伸缩的三维穿透式微电极阵列在多个领域具有潜在的应用前景，如神经科学、组织工程和可穿戴生物电子学。这些三维微电极阵列可以穿透并适应动态变形的组织，从而以微创方式促进对内部区域的定向感知和刺激。然而，定制可伸缩的三维微电极阵列的制作面临着材料整合和图案化的挑战。在这项研究中，作者介绍了一种用于体外检测局部肌肉内肌电信号的可伸缩微针电极阵列（SMNEAs）的设计、制造和应用。作者采用了一种独特的混合制造方案，基于激光微加工、微加工和转移印刷技术，实现了可扩展制造可独立寻址的高可延伸性SMNEA（60%至90%）。电极几何形状和记录区域、阻抗、阵列布局和长度分布均可高度定制化。作者展示了SMNEAs作为生物电子接口的应用，记录了海兔颊侧块不同肌群的肌内肌电图。

二、背景介绍

        微电极阵列 (MEAs) 是一种广泛应用于电生理记录、电化学传感和电刺激的生物医学应用技术平台。虽然柔性3D MEA提供了对不规则或曲线表面更好的符合性，但这些设备的可伸缩性是非常必要的，因为它使电极能够跟踪组织变形，例如在人体心脏（收缩期间约15%至25%的纵向应变）、骨骼肌（高达30%至40%的径向扩张）或人体皮肤（高达70%的应变）。3D MEAs的动态顺应性有利于稳定的生物电子接口，从而提高记录信号质量的和减少组织损伤，这些对于体外或体内应用都是至关重要的。然而，可拉伸的三维多通道电极阵列面临着重大的制造挑战，主要是由于现有的刚性、穿透性电极制造工艺与所需伴随材料和结构的可拉伸性要求不兼容。

        在这里，作者介绍了可伸缩微针电极阵列（SMNEA）器件的设计、制造和电生理传感应用。采用低成本和可扩展的微针电极制造工艺，结合激光微加工、复制成型、微加工和转移印刷，可以形成蛇形互连的独立可寻址的、高模量微针阵列。微针和互连器与弹性基板的共价键合产生高可伸缩性。通过对微针进行金属化和基于凝胶的化学蚀刻技术处理，可以得到具有可控暴露面积的微针电极阵列。该制造方案独特的将可扩展性与不同的电极长度、受控的记录区域和电极阻抗、60%至90%的器件延伸性以及相对较大的电极模数(E=6.6 GPA)结合在一起。在海兔颊肌肌内肌电图（EMG）的测量和与表面肌电图结果的比较中，显示了这些可伸缩穿透式MEA在动态三维组织环境中的实用性。

三、内容详解

欲了解详细制备过程，请阅读原文。

3.1 可伸缩微针电极阵列

        SMEAs的基本结构由微针电极阵列组成，微针电极通过蛇形导线相互连接。微针和蛇形导线都共价键合到硅橡胶(Ecoflex 00-30)上。锥形微针由聚酰亚胺(PI；PI-2610)制成，导电层为铬/金(厚度为10 nm/150 nm)，绝缘涂层为聚氯代对二甲苯(厚度为3μm)。蛇形互连导线是厚度为30μm、宽度为70μm的PI<