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  腦機(jī)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(jīng)性疾病的診斷和治療方面具有重大意義。傳統(tǒng)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(jīng)探針，以期達(dá)到縮小腦組織和植入電子器械間的機(jī)械性能差異。然而塑料和彈性體的力學(xué)柔韌性無法完全適用于柔軟的腦組織表面。力學(xué)不匹配將導(dǎo)致記錄的信號(hào)具有不準(zhǔn)確性，進(jìn)而升高誤診的風(fēng)險(xiǎn)，甚至在BMI長期植入時(shí)發(fā)生慢性異體排斥反應(yīng)（Foreign body response，F(xiàn)BR）。

  針對(duì)以上問題，近日，西南交通大學(xué)魯雄教授、謝超鳴副教授團(tuán)隊(duì)、電子科技大學(xué)潘泰松副教授、中國海洋大學(xué)韓璐教授和北京基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所江小霞副研究員，通過分子設(shè)計(jì)，在卡拉膠-聚多巴胺-聚丙烯酰胺互穿水凝膠網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)電超軟水凝膠。該dPEDOT NPs能夠與高分子網(wǎng)絡(luò)發(fā)生多重物理化學(xué)作用，賦予了水凝膠超軟的力學(xué)性能；且其在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)筑了一種氧化還原系統(tǒng)，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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)印，其反應(yīng)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(tǒng)的BMI相比，具有以下優(yōu)異性能：1）與天然腦組織同等水平的超軟模量，避免因機(jī)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(cuò)位、摩擦而導(dǎo)致的FBR（圖1Bii和1E）；3）免疫逃逸能力，能夠主動(dòng)降低神經(jīng)炎癥、抑制瘢痕組織再生（圖1F）。

圖1納米顆粒的設(shè)計(jì)及水凝膠基腦機(jī)接口。（A）雙鍵化多巴胺限域聚合而成的親水dPEDOT NP；（B）dPEDOT NP引入卡拉膠（CA）-聚多巴胺（PDA）-聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠互穿網(wǎng)絡(luò)中，Bi，dPEDOT NPs與CA-PDA-PAM水凝膠網(wǎng)絡(luò)相互作用的示意圖，Bii，dPEDOT NP 中的動(dòng)態(tài)氧化還原反應(yīng)；（C）水凝膠原位轉(zhuǎn)印電路構(gòu)建BMI的示意圖；水凝膠BMI展現(xiàn)出（D）超軟、導(dǎo)電、透明和（E）生物粘附的特性；（F）水凝膠BMI可通過免疫逃逸來減小體內(nèi)免疫排斥反應(yīng)。

  該項(xiàng)研究成果以“Bioadhesive and conductive hydrogel-integrated brain-machine interfaces for conformal and immune-evasive contact with brain tissue”為題在線發(fā)表于Cell的姊妹期刊《Matter》。論文第一作者為西南交通大學(xué)在讀博士研究生王笑和電子科技大學(xué)碩士孫曉彤，通訊作者是西南交通大學(xué)的魯雄教授、謝超鳴副教授團(tuán)隊(duì)、電子科技大學(xué)潘泰松副教授、中國海洋大學(xué)韓璐教授和北京基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所江小霞副研究員。論文第一單位為西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。該研究得到了廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

  原文鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00012-1