新型網際互穿導電水凝膠神經電極界面獲揭示

　　長期有效的電生理信號檢測對于神經環路的精準解析和調控來說至關重要。然而，神經電極界面的穩定性和生物相容性等問題，仍然嚴重阻礙著植入式神經電極的在體應用。

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所、深港腦科學創新研究院研究員魯藝團隊的最新研究成果發表于《ACS應用材料與界面》。團隊研發了一種具有網際互穿結構的導電聚合物-水凝膠界面，顯著提升了神經電極的長期穩定性和有效性，為自由活動動物的神經環路功能解析提供了重要的工具。

論文封面

　　聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）是目前被廣泛用于神經電極界面的修飾導電聚合物材料，具有較低的電化學阻抗和較好的生物相容性。然而，較差的電化學和機械穩定性導致了PEDOT薄膜極易從電極基底上脫落，嚴重影響著神經電極的長期使用。

　　對此，該研究提出了一種新型的電極界面修飾策略。研究團隊首先制備了聚苯乙烯磺酸/聚乙烯醇（PSS/PVA）水凝膠膜，并在微電極陣列表面形成預涂層，形成一種富含對離子（PSS-）的三維網絡水凝膠支架。隨后，研究人員將3，4-乙烯二氧噻吩單體在PSS/PVA支架中進行電聚合，形成具有三維網際互穿結構的PEDOT/PSS/PVA 導電聚合物-水凝膠電極界面。

　　研究發現，制備的PEDOT/PSS/PVA 導電聚合物-水凝膠膜具有三維多孔結構，孔徑范圍為0.1至1.0 微米。上述結構能夠有效地抵消在反復的電荷傳輸過程中產生的膜形變，顯著提升了其電化學穩定性。此外，這種導電聚合物-水凝膠膜具有較低的楊氏模量（191千帕）和較高的可拉伸性（72%），具有優異的機械穩定性。研究團隊還發現這種導電聚合物-水凝膠膜具有較低的電化學阻抗和較高的電容性，并且具有優異的生物相容性，是一種理想的神經電極界面材料。

　　隨后，研究團隊對比了PEDOT/PSS/PVA和PEDOT/PSS神經電極陣列在被植入小鼠海馬區12周后的電生理信號質量，發現了PEDOT/PSS/PVA 導電聚合物-水凝膠膜能顯著提升電生理信號的長期穩定性。研究團隊將界面修飾技術與光遺傳技術結合，在自由活動小鼠上實現了神經精準調控下的電生理記錄，為神經環路的功能研究提供了有力的工具。

　　該工作不僅為神經環路功能研究和腦機接口研究提供了重要的技術支持，還有望為神經精神疾病的診療提供新的工具。