釜山国立大学の研究者は3Dプリントされた型を使用して3D微細構造を持つ神経インターフェースを製造している

はじめに: 神経インターフェースは損傷した神経機能を回復し強化するために重要ですが、現在の技術では柔らかく湾曲した神経組織との密接な接触を実現することは困難です。

2025年2月27日、Antarctic Bearは、釜山国立大学の研究者が、3D微細構造を持つ柔軟な神経インターフェースを作成するためのワンステップマイクロ電熱成形（μETF）法を提案したことを知りました。彼らの研究結果は、このアプローチによって神経の記録と刺激が改善され、人工網膜デバイスや脳コンピューターインターフェースに応用できる可能性があることを示唆している。

微小電極アレイ (MEA) は、脳の活動を記録し、神経組織を刺激するために広く使用されています。しかし、従来の MEA は一般的に平らであるため、神経構造の自然な曲線に適合する能力が制限されます。 3D 機能を追加する既存の方法では、複数の製造ステップが必要となり、複雑さが増し、設計の可能性が制限されます。
これらの制限を克服するために、ジュンス・ジョン准教授とキョンシク・オム准教授が率いるチームは、プラスチックシートをさまざまな形状に成形する一般的な技術であるプラスチック熱成形にヒントを得たμETF技術を開発しました。研究結果は、npj Flexible Electronics誌に「マイクロエレクトロサーモフォーミング（μETF）：強化された神経インターフェースのためのフレキシブルマイクロエレクトロニクスのワンステップ多用途3D成形」と題する論文として掲載されました。

論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41528-024-00378-0
チョン博士は次のように語っています。「この研究の着想は、テイクアウトのコーヒーカップのプラスチック製の蓋を単純に観察したことから生まれました。このプラスチック成形法を顕微鏡レベルで応用して、神経電極の3D構造を作成できることに気づきました。」
μETF 法では、マイクロ電極が埋め込まれた薄くて柔軟なポリマーシートを加熱し、3D プリントされた金型に押し付けます。研究者らは、機械的強度、生体適合性、長期安定性に優れた液晶ポリマー（LCP）を基板として使用した。このプロセスにより、突起とくぼみの精密な構造の形成が可能になり、電気的特性を維持しながら電極と標的ニューロンの近接性が向上します。従来の微細加工方法とは異なり、μETF は製造プロセスを簡素化し、単一の MEA 内でウェル、ドーム、壁、三角形の特徴など、さまざまな複雑な 3D 構造を実現できます。
△ LCP MEA のワンステップ μETF により、微細な突起と凹部の 3D 構造を作成し、神経インターフェースを強化します。a 局所神経インターフェースの利点 (しきい値の低減やチャネル間干渉の低減など) は、3D 構造によって実現されます。 b 3D モールドの 3D 構造を平面 LCP MEA に転写する μETF プロセスの概略図。 c 標的細胞への高い近接性と周囲の組織への適合性を実現するための、その後のマイクロ熱成形およびマクロ熱成形プロセスの断面図。 d LCP MEA の概略図 (上段) と写真 (下段) (i) μETF 前、ii) 突起付き μETF 後、または iii) 高さ 80 μm の陥没、(iv) 眼球の曲率に合わせるためのマクロ ETF 後。スケールバー: 1 mm。 e) 平面、(ii) 80 μm突出、(iii) 80 μm凹んだ電極サイトのSEM画像と、f) μETF LCP MEAの断面画像。スケールバー: 100 μm。 g 突出（上）および凹（下）電極位置の光学プロファイル。 △ワンステップμETFプロセスにより、さまざまな形状と高さの多機能3D構造を作成します。
釜山国立大学の研究者らは概念実証研究において、μETF を適用し、失明患者の網膜刺激に最適化された 3D MEA を開発しました。計算シミュレーションと実験室実験により、3D 電極は従来の平面電極と比較して刺激閾値を 1.7 倍低減し、空間分解能を 2.2 倍向上できることが示されています。 「私たちの3D構造により、電極が標的ニューロンに近づき、刺激がより効率的かつ正確になります」とエオム博士は語った。
研究者らは、網膜刺激に加えて、μETF が脳、脊髄、蝸牛、末梢神経など、さまざまな神経インターフェースで使用できることを発見しました。この方法では、さまざまな 3D 構造 (穴、ドーム、壁、三角形の特徴など) を作成できるため、さまざまな神経環境に合わせて電極設計をカスタマイズできます。
この技術の将来的な有望な用途の一つは、脳コンピューターインターフェース（BCI）であり、麻痺した患者の運動能力の回復に役立つ可能性があります。 Neuralink などの企業が行っているように、運動皮質に 3D 神経電極アレイを埋め込むことで、神経信号を解読し、ロボットアームや車椅子の制御などの物理的な動作に変換することができます。
μETF の汎用性は神経インターフェースに限定されません。研究チームは、ウェアラブル電子機器、オルガノイド研究、ラボオンチップシステムにおけるその可能性を探求しており、精密な 3D 微細構造によってデバイスの機能性を高めることができます。次のステップには、より幅広い医療用途に向けた製造技術の改善が含まれます。
μETF は、神経の記録と刺激を強化し、製造を簡素化する能力を備えており、神経補綴技術と神経リハビリテーション療法における大きな進歩を表しています。

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