脑机接口(Brain-Machine Interface,BMI)为大脑和外界人造器械建立了直接沟通的桥梁,在神经性疾病的诊断和治疗方面具有重大意义。传统的BMI通常利用由金属或陶瓷制成的固体电极,这类电极是刚性且干燥的,无法与柔软的脑组织相贴合。为了解决该问题,已有研究者采用低模量塑料或弹性体制作柔性神经探针,以期达到缩小脑组织和植入电子器械间的机械性能差异。然而塑料和弹性体的力学柔韧性无法完全适用于柔软的脑组织表面。力学不匹配将导致记录的信号具有不准确性,进而升高误诊的风险,甚至在BMI长期植入时发生慢性异体排斥反应(Foreign body response,FBR)。
针对以上问题,近日,西南交通大学鲁雄教授、谢超鸣副教授团队、电子科技大学潘泰松副教授、中国海洋大学韩璐教授和北京基础医学研究所江小霞副研究员,通过分子设计,在卡拉胶-聚多巴胺-聚丙烯酰胺互穿水凝胶网络中引入双键化多巴胺限域聚合的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)纳米颗粒(dPEDOT NPs),制备得到仿贻贝导电超软水凝胶。该dPEDOT NPs能够与高分子网络发生多重物理化学作用,赋予了水凝胶超软的力学性能;且其在水凝胶网络中构筑了一种氧化还原系统,从而赋予水凝胶良好的生物粘附性和免疫逃逸能力(图1A和B)。该水凝胶可直接在微电路表面通过自固化实现转印,其反应过程温和,不损坏微电路的完整性。最终集成水凝胶基柔性超软BMI(图1C)。该水凝基BMI与传统的BMI相比,具有以下优异性能:1)与天然脑组织同等水平的超软模量,避免因机械不匹配性造成的FBR(图1D);2)良好的组织粘附性,可以与大脑皮层无缝贴合,从而减轻脑组织与BMI之间因错位、摩擦而导致的FBR(图1Bii和1E);3)免疫逃逸能力,能够主动降低神经炎症、抑制瘢痕组织再生(图1F)。
图1纳米颗粒的设计及水凝胶基脑机接口。(A)双键化多巴胺限域聚合而成的亲水dPEDOT NP;(B)dPEDOT NP引入卡拉胶(CA)-聚多巴胺(PDA)-聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶互穿网络中,Bi,dPEDOT NPs与CA-PDA-PAM水凝胶网络相互作用的示意图,Bii,dPEDOT NP 中的动态氧化还原反应;(C)水凝胶原位转印电路构建BMI的示意图;水凝胶BMI展现出(D)超软、导电、透明和(E)生物粘附的特性;(F)水凝胶BMI可通过免疫逃逸来减小体内免疫排斥反应。
原文链接:https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00012-1
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