中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所和深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院的魯藝團(tuán)隊(duì)在《ACS應(yīng)用材料與界面》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)重要的研究成果。該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種導(dǎo)電聚合物-水凝膠界面，具有獨(dú)特的網(wǎng)際互穿結(jié)構(gòu)，這一創(chuàng)新顯著提高了植入式神經(jīng)電極的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和性能。這項(xiàng)研究為研究人員提供了關(guān)鍵工具，可用于精確解析和調(diào)控神經(jīng)環(huán)路功能。

植入式神經(jīng)微電極被認(rèn)為是內(nèi)部生物和外部設(shè)備之間信息交換的橋梁。結(jié)合光遺傳學(xué)等新型調(diào)制技術(shù)，它為腦功能解剖提供了一種高度精確的方法。然而，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期有效和穩(wěn)定的微電極來(lái)探索自由行為動(dòng)物特定神經(jīng)元的電生理特征仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

為了解決這一問(wèn)題，通過(guò)水凝膠支架預(yù)涂層和電化學(xué)聚合工藝制備了聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)/聚(乙烯醇)(PEDOT/PSS/PVA)互穿導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)(ICPN)，以提高神經(jīng)微電極的性能。與純聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)(PEDOT/PSS)膜相比，ICPN膜具有強(qiáng)大的界面附著力、顯著降低的電化學(xué)阻抗、優(yōu)越的機(jī)械性能和更好的電化學(xué)穩(wěn)定性，這可能歸因于ICPN的三維(3D)多孔微觀結(jié)構(gòu)。

觀察海馬神經(jīng)元和大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞(PC12細(xì)胞)在ICPN上的粘附和神經(jīng)突的生長(zhǎng)，表明生物相容性增強(qiáng)。此外，組織病理學(xué)和電生理學(xué)研究分別證實(shí)，電極-神經(jīng)組織界面的組織反應(yīng)得到緩解，記錄信號(hào)質(zhì)量得到改善。由于這些優(yōu)點(diǎn)，在體內(nèi)進(jìn)行了光遺傳調(diào)節(jié)和電生理記錄，并顯示了海馬谷氨酸能神經(jīng)元對(duì)行為的抗焦慮作用。本研究證明了ICPN修飾的神經(jīng)植入物在體內(nèi)應(yīng)用的有效性和優(yōu)勢(shì)。

意義：

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，制備的PEDOT/PSS/PVA導(dǎo)電聚合物-水凝膠膜具有三維多孔結(jié)構(gòu)，能夠有效地抵消在反復(fù)的電荷傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的膜形變，從而提高了其電化學(xué)穩(wěn)定性。此外，該膜具有較低的楊氏模量和較高的可拉伸性，具備出色的機(jī)械穩(wěn)定性。此導(dǎo)電聚合物-水凝膠膜還具有較低的電化學(xué)阻抗、較高的電容性和良好的生物相容性，因此被認(rèn)為是一種理想的神經(jīng)電極界面材料。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，PEDOT/PSS/PVA導(dǎo)電聚合物-水凝膠膜在長(zhǎng)期使用后顯著提高了電生理信號(hào)的穩(wěn)定性。該研究為神經(jīng)電極界面技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能性，有望用于神經(jīng)環(huán)路的功能研究和腦機(jī)接口研究，同時(shí)也可能在神經(jīng)精神疾病的診療中發(fā)揮作用。