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目前的生物電子植入器件大多數(shù)基于攜帶導(dǎo)電膜的固體基板，插入人體組織會(huì)引起炎癥，這可能會(huì)損害植入器件的電性能，并破壞其與目標(biāo)神經(jīng)元的接觸，影響生物電子器件的壽命、精度和整體保真度。

基于這一挑戰(zhàn)，林雪平大學(xué)Xenofon Strakosas和Magnus Berggren團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種不使用基板的情況下直接在組織內(nèi)部合成導(dǎo)電聚合物并凝膠化的方法，產(chǎn)生接近于無(wú)縫融合的生物-非生物界面，對(duì)組織造成的損害很小。相關(guān)成果以“Metabolite-induced in vivo fabrication of substrate-free organic bioelectronics”發(fā)表于最新一期Science。

活組織內(nèi)合成導(dǎo)電軟聚合物

研究人員首先引入了一個(gè)復(fù)雜的前體系統(tǒng)，包括原位產(chǎn)生過(guò)氧化氫的氧化酶、催化氧化聚合的過(guò)氧化物酶、水溶性共軛單體、具有用于共價(jià)交聯(lián)的抗衡離子的聚電解質(zhì)，以及用于穩(wěn)定的表面活性劑。氧化酶，可以分解目標(biāo)組織中已經(jīng)存在的代謝物，例如乳酸或葡萄糖等，并產(chǎn)生過(guò)氧化氫，然后作為酶聚合的氧化劑，由辣根過(guò)氧化物酶催化。該研究選擇了一種帶有功能基團(tuán)的單體，當(dāng)它聚合時(shí)，會(huì)與一種生物相容性聚合物--聚賴(lài)氨酸的伯胺發(fā)生反應(yīng)。這些聚合物的交聯(lián)合成了一種穩(wěn)定且柔軟的導(dǎo)電凝膠，而非脆性的導(dǎo)電膜。

活組織中的生物電子器件

凝膠電性能

該研究使用了帶有雙層聚氯代對(duì)二甲苯的金微電極陣列(MEAs)探究凝膠的電性能。導(dǎo)電凝膠的電性能高度依賴(lài)于凝膠配方。當(dāng)ETE-NHS（ETE: 2,5-bis(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-5-yl)thiophene，NHS: N-hydroxysulfosuccinimide）濃度增加至 8 mg/mL時(shí)，電導(dǎo)率和電容均增加。由于可以在現(xiàn)有的凝膠配方上進(jìn)行電化學(xué)摻雜，凝膠的最大電導(dǎo)率有待進(jìn)一步提高。

凝膠電性能

體內(nèi)聚合

在活體斑馬魚(yú)的大腦、鰭和心臟以及活體水蛭和分離的哺乳動(dòng)物組織中，都進(jìn)行了凝膠聚合實(shí)驗(yàn)，并證實(shí)了該方法的普遍適用性。在上述活體和組織中，導(dǎo)電凝膠的體積都超出了傳統(tǒng)二維植入物的體積，并融入了組織中。值得注意的是，凝膠在活體斑馬魚(yú)的大腦中聚合三天后，魚(yú)的行為沒(méi)有表現(xiàn)出異常，注射部位也沒(méi)有組織損傷的跡象。

斑馬魚(yú)的體內(nèi)聚合

小結(jié)

該研究通過(guò)開(kāi)發(fā)體內(nèi)聚合物的途徑，繞過(guò)了植入生物電子器件基板這一挑戰(zhàn)。通過(guò)注射了一種混合物，能夠在不同的組織環(huán)境中誘導(dǎo)聚合并凝膠化。在活體斑馬魚(yú)（大腦、鰭和心臟）、水蛭以及分離的哺乳動(dòng)物組織中，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電凝膠的組織內(nèi)聚合，并通過(guò)水蛭證明了可通過(guò)該凝膠在體內(nèi)刺激神經(jīng)。這些體內(nèi)形成的導(dǎo)電聚合物，有望打破電子學(xué)與生物學(xué)的壁壘，實(shí)現(xiàn)生物電子融合。