科学报告发表于3月份的一项研究表明，类似十字形的形状有助于植入式神经刺激装置的电极向神经系统的特定区域输送更多电荷，从而可能延长装置寿命。
称为“分形”的形状对于刺激较小区域(例如深部脑结构或视网膜)特别有用，因为它可以在较小的表面区域内最大化周边 - 提供恢复身体功能所需的更高分辨率并可能实现神经刺激设备在没有充电的情况下持续更长时间。
“缩小这些电极的尺寸存在挑战，”生物医学工程助理教授Hyowon“Hugh”Lee说。“如果你将它们缩小得太小，那么你就无法注入足够的能量来激活下面的基质。”
工业目前生产用于神经刺激装置的圆形或矩形电极。“除了使传统制造技术更容易实现这一事实外，没有理由保持这些形状，”李说。“但微细加工允许批量加工或甚至更具可扩展性的卷对卷制造，我们可以自由设计任何类型的高分辨率电极设计，以改善其功能。”
Lee的实验室尝试了其他形状，可以更好地注入电极尺寸限制。分形形状优于传统形状和“蛇形”或蛇形形状，即使它具有与分形相似的周长与表面积比。这可能是因为分形设计的重复图案更好地促进电荷转移物质或反应物向铂电极表面的连续扩散。
“当你有更多的物质扩散到表面时，它允许更快的法拉第电荷从电极表面转移，”李说。然后电荷达到神经元的阈值以触发动作电位或电化学信号以刺激目标。
因为分形设计还具有比传统电极更低的阻抗，它们可以允许更多电荷随时间注入电极表面并延长神经刺激设备的寿命。“如果负载较少，意味着获得相同效果所需的能量较少，那么植入式刺激设备的固定电池寿命将会得到改善，”Lee说。
下一步是测试分形设计电极的稳健性和寿命，与传统形状相比。Lee的实验室也在研究如何使用分形设计来提高生物传感器等设备的灵敏度。“目标是更好地控制目标区域的刺激和更精确的治疗，”Lee说。