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  神經調控技術作為干預運動功能障礙、情感障礙及認知缺陷的重要治療手段，其核心機制在于通過雙向調節神經元興奮性與抑制性活動實現神經環路的功能重塑。現行神經調控范式主要基于電刺激或電化學刺激原理，通常依賴植入式金屬電極的單向直流電刺激模式。然而，此類傳統方法存在以下關鍵性技術瓶頸：首先，剛性金屬探針作為長期植入裝置易引發宿主炎癥反應和機械性組織損傷；其次，持續性直流電刺激可能引發電荷沉積效應及焦耳熱現象，誘發神經組織不可逆性損傷；再者，刺激模式局限于單向調節，難以實現神經環路的動態雙向調控。基于此，研發具備優異生物相容性、雙向動態調節特性及低組織損傷風險的新型神經調控技術已成為生物醫學工程領域的迫切需求。

  北京理工大學柔性電子集成與智造研究所沈國震教授團隊基于材料-器件-生物界面協同優化策略，成功構建了可植入式無線水凝膠超級電容器神經調控系統。該創新性系統通過超級電容器陣列的能量存儲模塊、諧振耦合無線供能模塊、二極管橋式整流電路與水凝膠電解質基質的協同整合，建立了基于具有振蕩行為的離子擴散電流的雙向神經調控新機制。區別于傳統法拉第電流作用模式，該系統通過調控電荷儲存/釋放動力學特性實現興奮性與抑制性刺激模式的切換，在消除熱損傷風險的同時保持穩定的電化學界面。活體實驗數據表明，該系統通過調控電場方向策略可實現特定腦區神經活動的精準調控，其間歇性振蕩電流模式有效規避了直流刺激的電荷沉積問題。該技術為帕金森病（基底神經節環路調控）、抑郁癥（前額葉皮層-邊緣系統神經調制）及阿爾茨海默病（海馬區突觸可塑性調控）等嚴重神經性疾病提供了創新平臺，在神經工程領域注入了可植入器件生物界面優化與閉環調控系統集成的豐富潛力。

圖1. 無線超級電容激活神經調制系統（W-SCAN）的系統結構

圖2. W-SCAN中超級電容模塊的工藝開發

圖3. 探索基于水凝膠聚合工藝的功能化電極的卓越電化學特性

圖4. W-SCAN的無線功率傳輸行為

圖5. W-SCAN作為顱內靶向離子電刺激介質的應用

  工作近期以“An Implantable In-Hydrogel Wireless Supercapacitor-Activated Neuron System Enables Bidirectional Modulation” 為題發表在國際著名期刊《Advanced Materials》上，北京理工大學集成電路與電子學院柔性電子集成與智造研究所沈國震教授、李臘副教授聯合湖南工業大學生命科學與化學學院生物醫學納米材料與器件湖南省重點實驗室許建雄教授為該文章的共同通訊作者，文章共同第一作者是湖南工業大學生命科學與化學學院碩士研究生盛翔宇和北京理工大學集成電路與電子學院博士研究生杜直建。該研究得到國家自然科學基金委、北京市自然科學基金委和北京理工大學科研創新基金委的支持。

  課題組鏈接：https://www.x-mol.com/groups/iFlex

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202504558