A fundamental challenge for bioelectronics is to deliver power to miniature devices inside the body. Wires are common failure points and limit device placement. On the other hand, wireless power by electromagnetic or ultrasound waves must overcome absorption by the body and impedance mismatches between air, bone, and tissue. In contrast, magnetic fields suffer little absorption by the body or differences in impedance at interfaces between air, bone, and tissue. These advantages have led to magnetically-powered stimulators based on induction or magnetothermal effects. However, fundamental limitations in these power transfer technologies have prevented miniature magnetically-powered stimulators from applications in many therapies and disease models because they do not operate in clinical “high-frequency” ranges above 50 Hz. Here we show that magnetoelectric materials – applied in bioelectronic devices – enable miniature magnetically-powered neural stimulators that can operate up to clinically-relevant high-frequencies. As an example, we show that ME neural stimulators can effectively treat the symptoms of a hemi-Parkinson’s disease model in freely behaving rodents. We further demonstrate that ME-powered devices can be miniaturized to mm-sized devices, fully implanted, and wirelessly powered in freely behaving rodents. These results suggest that ME materials are an excellent candidate for wireless power delivery that will enable miniature bioelectronics for both clinical and research applications.

Ultra-flexible microelectrodes that can bend and flex with the natural movement of the brain reduce the inflammatory response and improve the stability of long-term neural recordings. However, current methods to implant these highly flexible electrodes rely on temporary stiffening agents that increase the electrode size thus aggravating neural damage during implantation, which leads to cell loss and glial activation that persists even after the stiffening agents are removed or dissolve. A method to deliver thin, ultra-flexible electrodes deep into neural tissue without increasing the stiffness or size of the electrodes will enable minimally invasive electrical recordings from within the brain. Here we show that specially designed microfluidic devices can apply a tension force to ultra-flexible electrodes that prevents buckling without increasing the thickness or stiffness of the electrode during implantation. Additionally, these fluidic microdrives allow us to precisely actuate the electrode position with micron-scale accuracy. To demonstrate the efficacy of our 'fluidic microdrives', we used them to actuate highly flexible carbon nanotube fiber (CNTf) microelectrodes for electrophysiology. We used this approach in three proof-of-concept experiments. First, we recorded compound action potentials in a soft model organism, the small cnidarian Hydra. Second, we targeted electrodes precisely to the thalamic reticular nucleus in brain slices and recorded spontaneous and optogenetically-evoked extracellular action potentials. Finally, we inserted electrodes more than 4 mm deep into the brain of rats and detected spontaneous individual unit activity in both cortical and subcortical regions. Compared to syringe injection, fluidic microdrives do not penetrate the brain and prevent changes in intracranial pressure by diverting fluid away from the injection site during insertion and actuation. Overall, the fluidic microdrive technology provides a robust new method to implant and actuate ultra-flexible neural electrodes.