一种新型高强度、高清晰度、可穿透的钛网透明颅窗

大脑皮层广泛区域的神经成像对于理解神经环路以及调节脑功能至关重要。目前，仍缺乏具有临床应用潜力的高强度、可穿透的光学颅窗工具。北京大学许胜勇教授团队，利用钛 (Ti) 的高强度特性，以及聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 的高清晰度和可穿透特性，设计一种新型的钛网透明颅窗（Ti-PDMS 颅窗）。该人工颅窗生物兼容性好，可长期进行活体动物脑部注射及双光子成像。主要结果：（1）依托于计算机辅助设计、3D 打印技术制备的Ti 网框架，可定制为任意形状和尺寸，以匹配不同动物的颅骨形态（如小鼠、大鼠和兔子等）。Ti 网框架具有高强度特性，其机械强度与人类头骨相似。（2）PDMS 薄膜具有高清晰度的特性。在可见光区域，PDMS 薄膜的透光率和折射率均优于#1 盖玻片。双光子成像结果显示，透过PDMS 和盖玻片观察小鼠脑切片，小胶质细胞和神经元的荧光强度无明显差异。（3）PDMS 类似于橡胶，弹性好，具有可穿透性和“自密封”特性。透过PDMS 薄膜进行注射，可防止液体外漏。（4）采用独特的浇注工艺，PDMS 可均匀的填充至Ti 网的网格孔隙中，形成Ti-PDMS 复合人工颅窗。该颅窗无明显气泡与杂质，表面的平整度和清晰度好。（5）长期的体内植入实验表明，Ti-PDMS 颅窗具有良好的生物兼容性。植入2 个月，小鼠健康状态良好，Ti-PDMS 颅窗清晰透明且无破裂或裂缝，脑表面血管清晰且无感染。（5）采用微量注射器透过Ti-PDMS 颅窗进行活体小鼠脑内注射，液体无外漏，无明显感染，小鼠一般状态好。因此，透过Ti-PDMS 颅窗可避开“血脑屏障”直接输送药物，为中枢神经系统疾病（如脑肿瘤和脑卒中等）的临床治疗打开了一扇大门。（6）透过Ti-PDMS 颅窗注射细胞核染料后，进行双光子成像。结果显示，在450 μm 深度以内均可观察到细胞核的染色，表明Ti-PDMS 颅窗可以用于活体动物脑部的双光子成像。因此，Ti-PDMS颅窗是一种新型脑机接口器件，具有高强度、高清晰度、可穿透性特性，生物兼容性好，具有临床应用潜力。