MXene-infused bioelectronic interfaces for multiscale electrophysiology and stimulation.
MXene-infused bioelectronic interfaces for multiscale electrophysiology and stimulation.
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DOI：
10.1126/scitranslmed.abf8629
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发表时间：
2021-09-22
影响因子：
17.1
通讯作者：
Vitale F
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Driscoll N;Erickson B;Murphy BB;Richardson AG;Robbins G;Apollo NV;Mentzelopoulos G;Mathis T;Hantanasirisakul K;Bagga P;Gullbrand SE;Sergison M;Reddy R;Wolf JA;Chen HI;Lucas TH;Dillingham TR;Davis KA;Gogotsi Y;Medaglia JD;Vitale F
用于绘制和调制高分辨率和大规模可兴奋网络的软生物电子接口可以实现范式转移诊断，监测和治疗策略。然而，目前的技术在很大程度上依赖于昂贵的材料和制造方案，无法扩展，并且严重限制了可实现的最大分辨率和覆盖范围。溶液处理是一种具有成本效益的制造替代方案，但缺乏与传统金属性能相匹配的生物相容性导电油墨。在这里，我们介绍了MXtrodes，这是一类由Ti3C2 MXene（一种二维过渡金属碳化物纳米材料）和可扩展溶液处理实现的软的、高分辨率的大规模生物电子接口。我们表明MXtrodes的电化学性能超过了传统材料，并且在表皮电子中使用时不需要导电凝胶。此外，我们验证了MXtrodes在各种应用中的应用，从绘制人类的大规模神经肌肉网络到皮质神经记录和猪和啮齿动物模型的微刺激。最后，我们证明MXtrodes与标准的临床神经成像模式兼容。基于Ti3C2 mxene的生物电子产品通过高度可扩展的工艺生产，可实现多尺度电生理和刺激。
Soft bioelectronic interfaces for mapping and modulating excitable networks at high resolution and at large scale can enable paradigm-shifting diagnostics, monitoring, and treatment strategies. Yet, current technologies largely rely on materials and fabrication schemes that are expensive, do not scale, and critically limit the maximum attainable resolution and coverage. Solution processing is a cost-effective manufacturing alternative, but biocompatible conductive inks matching the performance of conventional metals are lacking. Here, we introduce MXtrodes, a class of soft, high-resolution, large-scale bioelectronic interfaces enabled by Ti3C2 MXene (a two-dimensional transition metal carbide nanomaterial) and scalable solution processing. We show that the electrochemical properties of MXtrodes exceed those of conventional materials, and do not require conductive gels when used in epidermal electronics. Furthermore, we validate MXtrodes in applications ranging from mapping large scale neuromuscular networks in humans to cortical neural recording and microstimulation in swine and rodent models. Finally, we demonstrate that MXtrodes are compatible with standard clinical neuroimaging modalities. Ti3C2 MXene-based bioelectronics produced through a highly scalable process enable multiscale electrophysiology and stimulation.
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