复旦大学Nat Commun！小型台式无掩膜光刻助力高效无损抗炎器件研究

发布日期：2024-07-10

文章名称：Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition

期刊：Nature Communications IF 17

文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45590-8

【引言】

炎症通常是由免疫细胞的炎症细胞因子积累所引起的，普遍存在于各种疾病中。电流刺激可以在一定程度上抑制炎症的发生，被认为是一种潜在的炎症治疗方法。虽然电刺激的治疗不需要对患者进行手术，但相关疗法面临着刺激路径/电流峰值不精确、刺激机制不明确等问题，无法以最佳刺激路径，或适合的刺激电流对相关区域进行电刺激，这也使得电刺激疗法通常伴随着周围组织的损伤和其他并发症。

近日，复旦大学相关课题组提出了一种基于神经形态的柔性浮栅晶体管的电刺激技术。该技术利用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3制备了柔性器件并将其包裹在交感神经链上实现直接刺激，通过可控制的仿生电信号对相关部位进行电刺激，从而最大限度地降低了对神经的损伤。通过测试炎症细胞因子（IL6）,发现该方法与传统方法相比IL6下降了73.5%。相关研究内容以《Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition》为题，发表于国际SCI期刊《Nature Communications》上。

本文中所有的柔性器件均使用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3制备而得。该系统无需掩膜板，可以在非传统基底上迅速实现高精度的光刻任务，能够满足科研中对光刻和套刻的不同需求。设备采用集成化设计、结构小巧紧凑（70 cm X 70 cm X 70 cm），适合任何实验室桌面。同时，其基于创新性的全自动控制，具有可靠性高、操作简便、直写速度快，分辨率高（XY：<1 μm）等特点。凭借这些优势，MicroWriter ML3满足了本研究对多样化光刻的所有需求。

小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3

【图文导读】

图1.神经形态的电刺激用于抑制肌腱炎症概念图。其中一个柔性电极环绕在支配肌腱段的交感神经链上，以提供直接刺激，并使用二维梯度功能材料电荷耦合器神经形态刺激器来发射仿生脉冲。这种交感神经直接刺激和仿生脉冲的结合促进了去甲肾上腺素的释放，该物质抑制与肌腱损伤相关的炎症细胞因子，同时对神经造成的损害最小。

图2.基于神经形态的柔性MoS₂浮栅晶体管电路。（a）柔性电路的光学照片和示意图和（b）MoS₂浮栅晶体管的示意图。（c）晶体管的横截面的TEM及EDS的表征结果。（d）MoS₂浮栅晶体管的SEM表征结果。（e）MoS₂的拉曼和AFM表征结果。（f）不同材料的生物相容性测试。

图3.柔性浮栅晶体管集成电路的制备流程。(a）清理后的PI基底，PI薄膜厚度为30微米。(b)使用MicroWriter ML3在柔性基底上制备电极。(c)通过ALD沉积绝缘层。(d)转移MoS₂二维材料。(e)通过再次激光直写和刻蚀制备图案化MoS₂结构。(f)第三次光刻并沉积金属，形成电极。

图4.所制备的柔性浮栅晶体管集成电路的SEM和光学照片。（a) 使用MicroWriter ML3制备的柔性浮栅晶体管集成电路的光学照片。（b)MoS₂二维材料在电路中的SEM成像结果。

图5.所制备的柔性器件在抑制肌腱炎症发生，同时对周围神经的损伤达到最小。（a）在小鼠的腹主动脉（红色）富有交感神经链神经节的部分（黄色）进行实验。（b）手术后组织中IL-6随时间的变化。（c）通过免疫吸附法测试不同处理手段下组织周围的IL-6.(d）交感神经链神经节部分的染色和（e）TEM结果。（f）DAPI/IL6和CD68在不同刺激下的反应结果。（g）NE的免疫吸附测量结果。

【结论】

综上所述，研究人员基于MoS₂二维材料制备出了柔性的可用于炎症产生的电子器件，同时实现了在抑制炎症发生的同时对周围神经的损伤最小，为制备相关的柔性电子医疗设备提供了新的研究思路和方法。从文中研究人员对小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3的使用上来看，该设备可以在非传统基底上迅速实现高精度的光刻任务，能够满足科研中多样化的光刻和套刻需求。