组织-电子接口是确保植入器件在体内有效性与稳定性的关键。基于生物材料的纤维状植入式探针，凭借其独特的高长径比结构、优异的柔韧性、生物相容性和生物可降解性，在人体组织-电子接口领域展现出巨大的潜力。
图1 用于组织-设备接口的纤维植入式探针的结构、性能和应用。
近日，北京大学材料科学与工程学院邵元龙研究员团队在《Advanced Materials》期刊发表题为“Biomaterial-Based Fibrous Implantable Probes for Tissue-Electronics Interface”（Adv. Mater. 2025, 2504372 ）的综述论文，第一作者为北京大学博士生徐妙艺。该文章系统总结了纤维状探针的在适应性、机械顺应性和生物相容性方面的优势。这些优势使得纤维状探针尤其适用于植入式应用。同时，深入分析了植入式纤维状探针的设计要求，并全面总结了其制备、修饰与组装技术。此外，文章还探讨了纤维状探针在电生理、化学传感和光遗传学等多种应用中的重要价值，凸显了其临床意义与应用前景。最后，综述了纤维状探针领域的最新研究进展，分析了提升长期稳定性、增强功能性及实现大规模制备过程中面临的挑战。通过解决这些挑战，基于生物材料的纤维状探针有望为当前生物医学技术的局限性提供突破性解决方案，推动创新性临床应用的发展。
传统金属或硅基探针在刚性和尺寸上普遍存在与软组织不匹配的问题，易引发机械刺激与炎症反应。相比之下，纤维探针凭借高长径比（1D结构）和微米级尺寸，展现出优异的柔韧性和机械顺应性，能够更好地融入软组织环境，降低异物反应，提升植入稳定性。
图2. 不同类型的植入式探针。从金属微丝、硅基平面电极到新兴的纤维探针，结构上的演变直观反映了植入舒适性与组织兼容性的提升趋势。
天然高分子如丝素蛋白、角蛋白、壳聚糖、明胶等，因其与生物组织成分相似，具备良好的生物相容性与可降解性，成为理想的纤维状探针材料。此外，水凝胶的引入可以进一步提升柔性、湿润性与仿生性，显著改善界面电化学性能与长期稳定性。同时，纤维状结构不仅有利于实现良好的柔韧性与微创植入，还为多模态功能集成（电、光、化学传感）提供了结构基础。
而如何规模化、可控地制造高性能纤维探针，是推动其实际应用的关键。文章详细总结了包括湿法纺丝、热拉伸、微流控纺丝与3D打印在内的多种纤维制备技术，以及纤维探针结构设计的相关策略。
图3. 典型纤维探针制备工艺示意图。从湿法纺丝到热拉伸、微流控与3D打印，不同技术路线各具特色，共同推动纤维探针走向功能多样与规模制造。
纤维状探针凭借一维结构的天然优势，具备出色的多功能集成潜力，能够将电、光、化学等多种模块融合于单根探针中。通过系统化设计与分层组装，探针不仅能够实现功能协同与空间紧凑，还可以保障整体的柔性、稳定性与生物适应性。未来，这种结构有望推动微创植入设备向着智能、复杂与多模态协同方向发展。
图4. 纤维状探针的多功能集成与系统化设计。
尽管基于生物材料的纤维状植入式探针在结构设计、功能集成与生物适应性方面取得了重要进展，但距离实际临床应用仍面临诸多挑战。首先，如何在保证柔性与生物相容性的前提下，进一步提升探针的功能密度与信号传输性能，是当前亟需解决的技术瓶颈。其次，规模化、低成本的制造工艺仍不成熟，限制了其大规模推广应用的可能性。此外，探针在长期植入环境下的稳定性、可控降解性以及与宿主组织的动态协同适应能力仍有待深入探索。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202504372
DOI: 10.1002/adma.202504372
邵元龙课题组博士后招聘启事（长期有效）
课题组主要聚焦烯碳纤维及纺丝物理化学领域，旨在开发烯碳复合生物质凝胶纤维，探索其在植入式纤维电极、人体界面传感、计算、能量收集存储等方面的智能应用。长期招聘相关研究方向博士后，欢迎具有相关研究背景的优秀博士加盟。
课题组网页：https://faculty.pku.edu.cn/shaoyuanlong/zh_CN/index.htm
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