腦機接口(Brain-Machine Interface,BMI)為大腦和外界人造器械建立了直接溝通的橋梁,在神經性疾病的診斷和治療方面具有重大意義。傳統的BMI通常利用由金屬或陶瓷制成的固體電極,這類電極是剛性且干燥的,無法與柔軟的腦組織相貼合。為了解決該問題,已有研究者采用低模量塑料或彈性體制作柔性神經探針,以期達到縮小腦組織和植入電子器械間的機械性能差異。然而塑料和彈性體的力學柔韌性無法完全適用于柔軟的腦組織表面。力學不匹配將導致記錄的信號具有不準確性,進而升高誤診的風險,甚至在BMI長期植入時發生慢性異體排斥反應(Foreign body response,FBR)。
針對以上問題,近日,西南交通大學魯雄教授、謝超鳴副教授團隊、電子科技大學潘泰松副教授、中國海洋大學韓璐教授和北京基礎醫學研究所江小霞副研究員,通過分子設計,在卡拉膠-聚多巴胺-聚丙烯酰胺互穿水凝膠網絡中引入雙鍵化多巴胺限域聚合的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)納米顆粒(dPEDOT NPs),制備得到仿貽貝導電超軟水凝膠。該dPEDOT NPs能夠與高分子網絡發生多重物理化學作用,賦予了水凝膠超軟的力學性能;且其在水凝膠網絡中構筑了一種氧化還原系統,從而賦予水凝膠良好的生物粘附性和免疫逃逸能力(圖1A和B)。該水凝膠可直接在微電路表面通過自固化實現轉印,其反應過程溫和,不損壞微電路的完整性。最終集成水凝膠基柔性超軟BMI(圖1C)。該水凝基BMI與傳統的BMI相比,具有以下優異性能:1)與天然腦組織同等水平的超軟模量,避免因機械不匹配性造成的FBR(圖1D);2)良好的組織粘附性,可以與大腦皮層無縫貼合,從而減輕腦組織與BMI之間因錯位、摩擦而導致的FBR(圖1Bii和1E);3)免疫逃逸能力,能夠主動降低神經炎癥、抑制瘢痕組織再生(圖1F)。
原文鏈接:https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00012-1
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