在神经科学领域，长期观察大脑活动对于揭示大脑功能和疾病机制具有重要意义。传统的长期颅窗（Chronic Cranial Window, CCW）技术虽然能够提供对大脑皮层的长期光学访问，但它限制了对大脑的直接物理接触。最近，一项创新的技术突破为神经科学研究提供了新的视角——集成了超声波传感器的长期颅窗（ultrasound-sensing Chronic Cranial Window, usCCW）。
重点发现
科学家们开发了一种新型的usCCW，它不仅能够提供光学成像，还能进行超声波检测，从而在活体动物中实现长期的脑成像和直接的细胞记录或操作。这项技术的核心在于一个透明的微环共振器（Micro-Ring Resonator, MRR）基超声波探测器，它被集成到了颅窗的内表面。
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使用的具体方法
软纳米压印光刻技术（Soft Nano-Imprint Lithography, sNIL）：这是一种低成本的制造方法，用于生产一次性使用的usCCW。通过使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）软模具进行简单的压印步骤，研究人员能够制造出高度敏感的MRR超声波探测器。
MRR超声波探测器的制造：首先在硅片上制造出高纵横比特征的硅主模具，然后用这个模具制造PDMS软模具。接着，将PDMS软模具放置在涂有聚苯乙烯（PS）薄膜的石英基底上，通过加热使PS膜熔化并填充到MRR波导模式中。最后，通过紫外线固化PDMS薄膜作为保护层。
动物实验：研究人员在小鼠身上进行了颅骨开窗手术，将usCCW植入小鼠的头骨上，使其面向皮层进行超声波检测。通过填充明胶以耦合超声波，并使用牙科水泥密封usCCW以防止感染和漏水。
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最终结论
这项研究成功地展示了usCCW在活体小鼠中进行长达28天的纵向光声显微成像（Photoacoustic Microscopy, PAM）的能力。usCCW不仅提供了对大脑皮层区域无阻碍的光学访问，还实现了单毛细血管分辨率的3D等距PAM成像。这种高分辨率的成像技术为研究脑血管网络、脑肿瘤、中风、创伤性脑损伤甚至神经退行性疾病提供了新的视角。此外，由于usCCW的轻便性，未来还有可能开发出适用于自由活动动物的可穿戴成像设备。
出处
本文的发现发表在《自然通讯》（Nature Communications）上，文章标题为“Disposable ultrasound-sensing chronic cranial window by soft nanoimprinting lithography”，作者为Hao Li, Biqin Dong, Xian Zhang 等人，发表时间为2019年。原文链接为：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12178-6。这篇文章为我们提供了一个深入了解大脑的新工具，为未来的神经科学研究开辟了新的道路。
