中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所和深港脑科学创新研究院的鲁艺团队在《ACS应用材料与界面》杂志上发表了一项重要的研究成果。该团队研发了一种导电聚合物-水凝胶界面，具有独特的网际互穿结构，这一创新显著提高了植入式神经电极的长期稳定性和性能。这项研究为研究人员提供了关键工具，可用于精确解析和调控神经环路功能。


植入式神经微电极被认为是内部生物和外部设备之间信息交换的桥梁。结合光遗传学等新型调制技术，它为脑功能解剖提供了一种高度精确的方法。然而，实现长期有效和稳定的微电极来探索自由行为动物特定神经元的电生理特征仍然是一个巨大的挑战。


为了解决这一问题，通过水凝胶支架预涂层和电化学聚合工艺制备了聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)/聚(乙烯醇)(PEDOT/PSS/PVA)互穿导电聚合物网络(ICPN)，以提高神经微电极的性能。与纯聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT/PSS)膜相比，ICPN膜具有强大的界面附着力、显著降低的电化学阻抗、优越的机械性能和更好的电化学稳定性，这可能归因于ICPN的三维(3D)多孔微观结构。


观察海马神经元和大鼠嗜铬细胞瘤细胞(PC12细胞)在ICPN上的粘附和神经突的生长，表明生物相容性增强。此外，组织病理学和电生理学研究分别证实，电极-神经组织界面的组织反应得到缓解，记录信号质量得到改善。由于这些优点，在体内进行了光遗传调节和电生理记录，并显示了海马谷氨酸能神经元对行为的抗焦虑作用。本研究证明了ICPN修饰的神经植入物在体内应用的有效性和优势。


意义：


这项研究发现，制备的PEDOT/PSS/PVA导电聚合物-水凝胶膜具有三维多孔结构，能够有效地抵消在反复的电荷传输过程中产生的膜形变，从而提高了其电化学稳定性。此外，该膜具有较低的杨氏模量和较高的可拉伸性，具备出色的机械稳定性。此导电聚合物-水凝胶膜还具有较低的电化学阻抗、较高的电容性和良好的生物相容性，因此被认为是一种理想的神经电极界面材料。


进一步的实验表明，PEDOT/PSS/PVA导电聚合物-水凝胶膜在长期使用后显著提高了电生理信号的稳定性。该研究为神经电极界面技术的发展提供了新的可能性，有望用于神经环路的功能研究和脑机接口研究，同时也可能在神经精神疾病的诊疗中发挥作用。