《Mechanics of Materials》：Conformal Mechanics of Serpentine Meshes for Millimeter-Scale Neural Probes.
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摘要可植入神经探针的机械可靠性取决于其在植入和长期使用过程中能够承受较大形变的能力，同时要限制导电连接件内的应力集中。尽管对可拉伸电子设备中的蛇形连接件进行了大量研究，但它们在与圆柱形神经探针相关的加载条件下的力学性能仍知之甚少。本研究探讨了两种可拉伸神经接口架构的力学特性：单蛇
摘要 可植入神经探针的机械可靠性取决于其在植入和长期使用过程中能够承受较大形变的能力，同时要限制导电连接件内的应力集中。尽管对可拉伸电子设备中的蛇形连接件进行了大量研究，但它们在与圆柱形神经探针相关的加载条件下的力学性能仍知之甚少。本研究探讨了两种可拉伸神经接口架构的力学特性：单蛇形轨迹（Single Serpentine Traces）和互连网格（Interconnected Mesh），这两种架构均使用金（Au）连接件封装在聚酰亚胺（PI）中，并嵌入柔软的弹性基材中。通过有限元分析和实验来表征它们在拉伸、贴合圆柱形神经探针以及包裹结构弯曲时的响应。这两种架构的形变主要通过蛇形段的弯曲和旋转来适应，金属的局部屈服发生在大约5.5–8.25%的应变下，具体取决于加载方向和拓扑结构。在包裹半径小至0.4毫米的探针时，单蛇形轨迹架构的应力始终低于金的屈服应力，最大应力为145 MPa；而互连网格在连接点处出现局部屈服，峰值应力超过215 MPa。后续的弯曲只会产生适度的应力放大，尽管互连网格的应力敏感度大约是单蛇形轨迹的两倍。研究结果表明，旋转柔顺性控制着应力分布，而连接点处的几何约束则决定了失效的发生。这些发现揭示了电气连通性与应力集中之间的基本权衡，并为可贴合神经探针及相关可拉伸生物电子系统提供了力学指导。
部分片段 引言 神经系统疾病，包括中风、偏头痛、阿尔茨海默病和帕金森病，影响全球超过34亿人，在美国每年造成的经济负担超过8000亿美元（Bazargan-Hejazi等，2020；Steinmetz等，2024）。要推进对这些疾病的理解和治疗，需要能够以高空间和时间分辨率记录电生理活动的神经接口。最近
设计与材料描述 图1总结了神经探针的架构、材料堆叠、几何布局和制备样品。两种设计都旨在实现可贴合的圆柱形神经接口，主要区别在于连接拓扑结构。第一种架构由单蛇形轨迹组成，而第二种采用通过正交耦合形成的互连网格结构。图1B中的多层结构包括厚度为
单轴拉伸的力学 图5展示了单蛇形轨迹和互连网格架构在单轴拉伸下的力学响应。5B ）下的全场冯·米塞斯（von Mises）应力分布，相应变形结构的实验图像（图5C和5D ），以及沿
结论 要增加慢性深度电极的通道数量而不改变其外部形状因子，需要一种可拉伸的连接件，这种连接件能够贴合圆柱形探针且不会因应力而分层，能够在临床操作中保持足够的柔韧性以减弱组织反应，并且在高连接密度下仍能满足这些要求。评估这些相互关联的需求促使了本文中的力学比较。有限元分析和实验光学图像被用于
CRediT作者贡献声明 Sagidolla Batay： 撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、方法论、调查、形式分析、概念化。Yulin Zhou： 软件、方法论、调查、概念化。Raudel Avila： 撰写——审阅与编辑、撰写——原始草稿、监督、资源管理、项目管理、方法论、资金获取、概念化。Priyan V. Pathirana： 验证、方法论、调查、形式分析、概念化。John P. Seymour：
Herren等人，2020年；Jun等人，2017年；Lindner，2019年；Sales等人，2022年；Steinmetz和Seeher，2024年。 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。 数据可用性 本研究生成或分析的所有数据均包含在本文中。
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢 本研究部分由
莱斯大学 研究办公室 和Rice Brain Institute的DPRIT种子基金
项目 资助。S.B.感谢
Bolashak国际奖学金计划 （
JSC 国际项目中心，哈萨克斯坦）的财政支持。P.V.P.和J.P.S.感谢
美国国立卫生研究院 国家神经疾病和中风研究所 在RF1NS133972和UG3NS12548项目下的资助。本研究部分使用了莱斯大学共享设备局的资源（
Sagidolla Batay|Yulin Zhou|Priyan V. Pathirana|John P. Seymour|Raudel Avila
莱斯大学机械工程系，德克萨斯州休斯顿，77005
