Ⅰ. Điện cực microneedle và ứng dụng của chúng
Điện cực microneedle là thiết bị giống như kim cực nhỏ-có thể xuyên qua một phần hoặc toàn bộ bề mặt da để thu thập tín hiệu điện sinh lý/điện hóa hoặc đạt được kích thích điện. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các cảm biến đeo/cấy ghép được, khoa học thần kinh và giao diện máy tính-não. Ưu điểm cốt lõi của chúng là khả năng phát hiện liên tục các thông số sinh lý và bệnh lý in vivo như điện tâm đồ và điện cơ đồ, cung cấp dữ liệu trực tiếp và chính xác cho chẩn đoán và điều trị.
Mảng điện cực Utah do Đại học Utah phát triển là công nghệ tiêu biểu trong mảng điện cực microneedle. Cấu trúc ba{1}}hình kim{2}}độc đáo của nó cho phép mỗi điện cực có cả độ phân giải không gian và thời gian cao lẫn khả năng cách nhiệt tuyệt vời. Sau khi cấy ghép, đầu điện cực chỉ tác động lên nhóm nơ-ron xung quanh và thậm chí có thể ghi lại hoạt động bắn của một nơ-ron đơn lẻ. Với sự phát triển của công nghệ MEMS, mảng điện cực microneedle đã có những cải tiến đáng kể về khả năng tương thích sinh học, tính linh hoạt cơ học, độ ổn định{5}}lâu dài và độ phân giải.
Ⅱ. Giải pháp thu tín hiệu điện sinh lý
Trong lĩnh vực y sinh, việc thu thập và phân tích các tín hiệu điện sinh lý là rất quan trọng để chẩn đoán bệnh và đánh giá sức khỏe. Tuy nhiên, những tín hiệu này rất phức tạp và yếu, khiến việc thu thập hiệu quả trở thành một thách thức dai dẳng. Hiện tại, có hai giải pháp chính: cấy ghép và đeo được.
Các giải pháp có thể cấy ghép bao gồm việc cấy trực tiếp mảng điện cực microneedle vào cơ thể con người để đạt được khả năng giám sát liên tục các tín hiệu điện sinh lý theo thời gian thực. Ưu điểm của nó nằm ở độ phân giải không gian và độ ổn định cao, nắm bắt chính xác hoạt động bắn của từng tế bào thần kinh. Tuy nhiên, nó cũng đặt ra những thách thức như rủi ro phẫu thuật, độ ổn định lâu dài không đủ- và các vấn đề tương thích sinh học.
Các giải pháp thiết bị đeo ưu tiên sự tiện lợi và thoải mái. Bằng cách nhúng các mảng điện cực microneedle lên bề mặt da hoặc bên trong quần áo, người dùng có thể dễ dàng theo dõi các tín hiệu điện sinh lý. Giải pháp này giúp loại bỏ nhu cầu phẫu thuật, giảm thiểu rủi ro và cải thiện tính dễ sử dụng và thoải mái. Tuy nhiên, nó vẫn phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật như nhiễu tín hiệu và khử nhiễu đòi hỏi phải có độ phân giải.
Ⅲ. Ứng dụng của vi điện cực trong y học thần kinh
Công nghệ mảng vi điện cực, là công cụ chính để thu thập tín hiệu điện sinh lý, đóng một vai trò quan trọng trong các giao diện máy tính-não và y học thần kinh. Bằng cách cấy hoặc đeo các mảng vi điện cực lên cơ thể con người, các nhà khoa học có thể theo dõi hoạt động bắn thần kinh, tín hiệu điện não đồ (EEG) và các tín hiệu điện sinh lý khác trong thời gian thực, từ đó hỗ trợ mạnh mẽ cho việc chẩn đoán và điều trị các bệnh về thần kinh. Đồng thời, công nghệ mảng vi điện cực cũng mang lại những bước đột phá mới cho sự phát triển của công nghệ giao diện máy tính-não bộ, giúp con người có thể điều khiển các thiết bị bên ngoài thông qua suy nghĩ.
Ⅳ. Điện cực khô Microneedle linh hoạt polymer
Dựa trên polyme, các điện cực khô microneedle linh hoạt được thiết kế khéo léo để giám sát hiệu quả các tín hiệu điện thần kinh, cung cấp các công cụ mới cho nghiên cứu y học thần kinh. Công nghệ này không chỉ cải thiện hiệu quả thu thập tín hiệu điện sinh lý mà còn mang đến những khả năng mới trong chẩn đoán và điều trị sớm các bệnh về thần kinh.