人類對大腦的探索，從來都是一場“黑箱"里的歷險(xiǎn)。我們能看到人的行為，卻難以真正理解其背后電信號的流動(dòng)和神經(jīng)元的互動(dòng)邏輯。神經(jīng)科學(xué)，正是試圖揭開這個(gè)謎團(tuán)的前沿學(xué)科。它研究記憶、情緒、疼痛、意識的起源，也探索阿爾茨海默癥、帕金森病、抑郁癥等神經(jīng)疾病的成因和治療路徑。

但正因?yàn)檠芯繉ο髽O其復(fù)雜，神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展長期以來常常受制于一個(gè)“做不出"的技術(shù)瓶頸，例如，科學(xué)家們能想象神經(jīng)通路的構(gòu)造，但卻難以“制造"與其尺度、形態(tài)和功能匹配的實(shí)驗(yàn)工具與模型。這，正是微納制造技術(shù)開始進(jìn)入神經(jīng)科學(xué)視野的關(guān)鍵所在。

為什么神經(jīng)科學(xué)需要“更小"的制造能力？

傳統(tǒng)制造工藝，比如車削、銑削、注塑等，往往擅長標(biāo)準(zhǔn)化加工，高精度則常需要依賴后處理技術(shù)，時(shí)間周期長，生產(chǎn)成本高。但神經(jīng)科學(xué)研究的對象，如神經(jīng)元、突觸、髓鞘等，往往尺度只有微米級甚至更小，需要高精度定制化生產(chǎn)。傳統(tǒng)機(jī)械加工試圖在這一尺度下構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置、導(dǎo)管、植入器件，就像是拿斧子雕花，力不從心。

此外，大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜、柔軟、曲折，研究者常需要構(gòu)建帶有微溝槽、中空、柔性支架的三維結(jié)構(gòu)模型，這種復(fù)雜、非標(biāo)準(zhǔn)、高度定制的制造需求，更是傳統(tǒng)工藝難以勝任的。而摩方精密所代表的微納3D打印技術(shù)，正在讓這一切成為可能。

圖：科研客戶用摩方設(shè)備制作的精細(xì)結(jié)構(gòu)器件。

微米級制造能力如何助力神經(jīng)科學(xué)？

微納3D打印的本質(zhì)是一種“增材制造"，不再是從一整塊材料中通過減材的方式切削出想要的形狀，而是通過光固化、堆層等方式，一層層構(gòu)建起精密器件及結(jié)構(gòu)。摩方創(chuàng)新的PμSL（面投影微立體光刻）技術(shù)，具備2微米級光學(xué)精度，且公差控制在±10微米，這在全球范圍內(nèi)也屬于極少。

更重要的是，這種制造方式具有很高的靈活性?？蒲腥藛T可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，自由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，無需為模具成本或結(jié)構(gòu)復(fù)雜性發(fā)愁，能夠快速推動(dòng)原型制作和測試迭代。這種“想得到就能造出來"的能力，正在為神經(jīng)科學(xué)打開新的實(shí)驗(yàn)可能，以下幾個(gè)是已經(jīng)發(fā)生的真實(shí)案例。

• 案例一：英國與新加坡團(tuán)隊(duì)探索神經(jīng)再生路徑

曼徹斯特大學(xué)與南洋理工大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，長期致力于解決“神經(jīng)斷裂后如何重建"這一醫(yī)學(xué)難題。傳統(tǒng)做法是自體神經(jīng)移植，但供體有限、創(chuàng)傷大，成功率并不高。

研究人員提出，要引導(dǎo)神經(jīng)元沿正確路徑再生，就需要在導(dǎo)管內(nèi)部設(shè)計(jì)出微米級的溝槽結(jié)構(gòu)，模擬人體天然神經(jīng)束的拓?fù)涮卣鳎哉T導(dǎo)細(xì)胞定向生長。但這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸極小，受限于制造精度的不足和成本的不可控，傳統(tǒng)模具加工難以高效經(jīng)濟(jì)地制造。

他們最終采用了摩方的PµSL 3D打印技術(shù)，制造出帶有10–30微米溝槽結(jié)構(gòu)的精密母模，再通過PDMS翻模和聚合物澆鑄工藝，制備出高質(zhì)量的可植入神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管。這一創(chuàng)新將神經(jīng)導(dǎo)管的設(shè)計(jì)從“單一腔道"升級為“仿生多級拓?fù)?， 實(shí)驗(yàn)顯示，這種導(dǎo)管，顯著提高了神經(jīng)細(xì)胞的有序生長能力，為周圍神經(jīng)損傷的精準(zhǔn)治療提供了新思路。摩方的微納3D打印技術(shù)大幅降低了此次科研研究的成本與復(fù)雜度。曼徹斯特大學(xué)Hexin Yue博士指出，“摩方的這套nanoArch® S130（精度：2μm）3D打印系統(tǒng)已經(jīng)成為我們科研攻關(guān)的重要支撐。"

圖. (a) 3D打印模具顯微鏡圖（比例尺：50μm）； (b) PDMS模具顯微鏡圖（比例尺：50μm）。(c) 3 wt. % PCL和PCL/PLA薄膜的SEM圖像，不同凹槽結(jié)構(gòu)：10/10/10µm，20/20/10µm，25/25/10µm和30/30/10µm（比例尺：50μm，插入圖像比例尺：1μm）。(d)軋制和密封的PCL-10 NGC管，顯示(i)管內(nèi)微槽形貌的(i)側(cè)視圖、（ii）俯視圖和掃描電鏡照片，以及（iv）膜重疊和密封劑的位置（比例尺：500μm）。

• 案例二：美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室的多點(diǎn)光纖植入研究

冷泉港實(shí)驗(yàn)室是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的“圣地"。研究人員Leonardo Ramirez及其團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行大腦獎(jiǎng)賞機(jī)制和疼痛反應(yīng)研究時(shí)，需要將多根光纖植入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的大腦多個(gè)區(qū)域。但這類裝置需要在極小空間中同時(shí)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、輕量化和精準(zhǔn)定位，常規(guī)機(jī)械加工制造遇到了重大挑戰(zhàn)。

摩方團(tuán)隊(duì)與其合作，采用面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)，為其制造了一個(gè)內(nèi)置240微米通道系統(tǒng)的“光學(xué)驅(qū)動(dòng)裝置"。該設(shè)備在2微米精度3D打印設(shè)備下打印完成，可同時(shí)容納6組200微米光纖，誤差極小且?guī)缀鯚o變形，不僅顯著縮短植入手術(shù)和麻醉暴露時(shí)長、保證了實(shí)驗(yàn)成功率，同時(shí)在不影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物健康的前提下，實(shí)現(xiàn)每日手術(shù)量的高效提升。

研究者評價(jià)：“摩方的響應(yīng)速度和技術(shù)精度超出預(yù)期，是我們團(tuán)隊(duì)開展高頻率植入實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵保障。"

圖：3D打印的光學(xué)驅(qū)動(dòng)器。

• 腦機(jī)接口：一個(gè)更廣的場景

腦機(jī)接口技術(shù)是指通過在人腦神經(jīng)與電子或者機(jī)械設(shè)備間建立直接連接通路，來實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和外部設(shè)備間信息交互與功能整合的技術(shù)。這里面涉及到電信號的電極、神經(jīng)接口芯片、信號解碼等一系列前沿技術(shù)。隨著近年來腦機(jī)接口的快速發(fā)展，對于可植入電極的需求也同步增長。這些電極不僅要小，還要柔軟、生物相容性好，并能長期穩(wěn)定地工作。比如一種叫μECoG的微型皮層電極，就需要用微米級別的金屬針腳，陣列間距控制在幾十微米以內(nèi)。

摩方與瑞士Exaddon AG展開長期戰(zhàn)略合作，引進(jìn)其μAM（微納金屬打印）技術(shù)，共同推廣應(yīng)用于腦機(jī)接口、人工智能等領(lǐng)域的微結(jié)構(gòu)打印解決方案。這些高精度金屬微柱、電極針腳，已經(jīng)被用于前沿科研項(xiàng)目，為未來人腦與外部世界的高帶寬連接打下基礎(chǔ)。

微納制造的價(jià)值，不止于神經(jīng)科學(xué)

截至目前，全球已有40個(gè)國家和地區(qū)的800多家科研機(jī)構(gòu)引入了摩方精密的設(shè)備與技術(shù)，他們的研究方向分布在神經(jīng)科學(xué)、生命科學(xué)、微流控、新材料、航空航天、無線通訊、微電子、人工智能、新能源等前沿領(lǐng)域。從國內(nèi)的清華、北大到海外高校MIT、東京大學(xué)等，從工業(yè)企業(yè)到初創(chuàng)實(shí)驗(yàn)室，這項(xiàng)中國原創(chuàng)技術(shù)正走入全球科學(xué)家的工作臺。

但摩方的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)不止于科研。據(jù)統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有來自全球的1800多家工業(yè)企業(yè)引入摩方技術(shù)進(jìn)入其產(chǎn)線。得益于此，在與科研共進(jìn)的同時(shí)，摩方也在努力推動(dòng)科學(xué)成果向產(chǎn)業(yè)落地的過程。以牙齒貼面為例，傳統(tǒng)貼面需要打磨健康牙體，用戶接受門檻高。摩方結(jié)合3D打印的精度優(yōu)勢，開發(fā)出“超薄型免磨牙貼面"，厚度降至100微米以下，厚度僅40微米，已經(jīng)在多個(gè)城市實(shí)現(xiàn)商用落地。這是微納制造技術(shù)從“實(shí)驗(yàn)室的工具"走向“改變生活方式"的一次跨越，展現(xiàn)出微納技術(shù)向產(chǎn)業(yè)端延伸的強(qiáng)大潛力。

神經(jīng)科學(xué)的每一次突破，都意味著我們對“人"的理解更進(jìn)一步。而支持這些突破的，除了需要生物學(xué)的發(fā)展，還需要腦電圖、成像儀這樣的“顯性設(shè)備"，更有像摩方微納3D打印這樣的隱形力量。它不是前臺演員，卻在幕后，穩(wěn)穩(wěn)撐起科學(xué)家手中那個(gè)微觀世界的構(gòu)想。

隨著以摩方為代表的微納制造技術(shù)不斷向科研和產(chǎn)業(yè)滲透，不僅科研人員、工程師、醫(yī)生，甚至越來越多的普通人，都在從微納制造中受益。而摩方，正是在這條路上，腳踏實(shí)地地前行。