热点资讯AG真人百家乐官方 宾汉姆顿大学饶想圆/汪前彬《当然·通信》:可被查考的水凝胶电极
北京时间1月28日，好意思国纽约州立大学宾汉姆顿分校饶想圆履行室和汪前彬履行室在《当然通信》（Nature Communications）发表了题为“Anisotropic hydrogel microelectrodes for intraspinal neural recordings in vivo”的征询论文。
柔性材料在通顺自允洽神经接口的征询中阐扬了弥留作用，使使其在体内愚弄于神经调控和电生理信号纪录，尤其是在脊髓和邻近神经等经验复杂行径的组织中。然则传统电极因其机械性能与脆弱的神经组织不匹配，常导致组织毁伤，边界了在解放通顺条目下结识纪录深层神经信号的智力。因此，需要一种概况允洽通顺的柔性材料神经接口，以在当然通顺中减少神经毁伤并能结识得到生理信号。
在体内复杂的通顺条目下，征询者需要寻求持久且允洽通顺的神经界面器具，继而征询动态组织过甚神经行径。在此篇征询论文中，征询东说念主员受纳米导电材料在团聚物基质中重排特质的启发，将具有高纵横比的导电碳纳米管引入到半结晶聚乙烯醇PVA中，通过轮回拉伸历程构建了具有各向异性的导电旅途，从而优化了导电水凝胶性能。履行制备的各向异性导电水凝胶电极（直径 187 ± 13 µm）在 20% 应变条目下经过 20,000 次轮回拉伸后仍保合手优异的机械结识性和较高的拉伸性能（64.5 ± 7.9%），同期具有较低的电化学阻抗（在 1 kHz 频率下，1 cm² 的电极阻抗为 33.20 ± 9.27 kΩ）。履行不雅察到纳米填料在轴朝上的重构与对都表象，并在轮回拉伸方朝上出现了阻抗的各向异性下跌。这些效劳标明，该水凝胶纤维在恒久应变条目下仍保合手结识导电性能，适用于动态组织环境下的神经接口愚弄。
征询者开发了穿透性软微电极概况更精准地探访深层神经组织，减少组织毁伤，并已毕恒久在位的电生理信号纪录。通过在交联聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol, PVA）水凝胶基质中镶嵌导电碳纳米管（Carbon nanotubes, CNTs），赋予PVA水凝胶在复杂机械环境下的结识导电性、低弹性模量、高抗疲惫性和优良的生物相容性。为考证CNTs-PVA水凝胶柔性电子器件的导电性和结识性，作家在解放行径情状下的小鼠中奏效纪录了肌电信号。此外，该生物柔性电子器件还能在小鼠脊髓内腹角通顺神经元（ventral horn motor neuron）中，邻接纪录长达8个月的自愿电生理信号，充理会说了其在恒久神经监测中的潜在愚弄价值。
图1基于张力增强各向异性纳米取向（Tension Reinforcement for Anisotropic Nano-orientation, TRAIN）政策：用于擢升水凝胶电极的导电性能
水凝胶中的团聚物纳米晶体结构概况提供合手久的弹性基质，而纳米导电材料通过重构和再行陈列形成各向异性的导电汇集，从而在拉伸条目下保合手结识的导电性能。在本征询中，征询东说念主员考证了将导电碳纳米管引入PVA水凝胶后，经过进取5000次的轮回拉伸，水凝胶的阻抗显耀裁汰，并在拉伸5000次后趋于结识。这一效劳标明，该材料在复杂机械环境中具备优异的导电结识性和持久性。
图2基于张力增强各向异性纳米取向（Tension Reinforcement for Anisotropic Nano-orientation, TRAIN）政策的机理征询
通过增强拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）光谱检测，征询东说念主员在 1596 cm⁻¹ 处检测到导电碳纳米管的特征峰（G-band）。SRS 显微图像显现，在 20% 应变条目下经过 10,000 次轮回拉伸后，PVA 水凝胶中的碳纳米管沿拉伸轴标的发生了优先陈列。这一再行陈列表象与未经轮回拉伸的 CNTs-PVA 水凝胶中立时取向的漫步形成了显著对比。此外，ag百家乐积分有什么用征询东说念主员还测试了 CNTs-PVA 水凝胶在不同轮回拉伸次数后的杨氏模量和拉伸性能。效劳标明，经过 10,000 次拉伸后，CNTs-PVA 水凝胶推崇出较低的杨氏模量和较高的拉伸性能，标明其在反复应变条目下具有细致的机械结识性和柔性。
图3小鼠在体肌电信号纪录
为考证 CNTs-PVA 水凝胶电极在解放行径生物体内的导电结识性和通顺自允洽性，征询东说念主员使用跑轮测试（Voluntary Wheel Running Tests, VWRTs）测试制备的水凝胶微电极，集结了小鼠的肌电（EMG）信号。术后收复三天后，征询东说念主员对比了植入组和假手术对照组在步态通顺学上的互异，效劳显现，两组在舞动相和复古相的步态参数中莫得显耀互异，这标明手术植入物不会对小鼠的基本步态功能变成不利影响。在水凝胶微电极植入并结识一周后，征询东说念主员在小鼠解放行径时，同期从胫骨前肌（Tibialis anterior, TA）和腓肠肌（Gastrocnemius, GS）纪录了肌电信号。通过将 EMG 信号与通顺步履同步分析，征询东说念主员不雅察到 TA 和 GS 肌肉行径的瓜代信号。这一表象与以往使用传统电极进行 EMG 纪录的效劳一致，进一步解说了水凝胶电极在复杂通顺条目下的有用性和可靠性。
图4小鼠在体脊髓内腹角通顺神经元的电生理信号纪录
随后，征询东说念主员评估了水凝胶微电极在脊髓区域中恒久检测神经行径的功能。通过将由三根水凝胶微电极构成的生物电子探针植入小鼠腰椎第 3 段（Lumbar 3, L3）脊髓腹角区域，征询东说念主员在麻醉和清醒情状下奏效纪录到了自愿神经电位尖峰。此外，征询发现，植入的水凝胶微电极在术后 8 个月内仍概况结识地集结小鼠脊髓中的神经行径。在小鼠解放行径时，纪录到通顺历程中出现的大幅度突发电位尖峰，以及较低幅度的自愿神经电位尖峰。这一表象标明，CNTs-PVA 水凝胶电极在体内复杂的动态环境中推崇出细致的允洽性和结识性。
比拟传统的脊髓名义硬膜外纪录开导，探针型或其他穿透性微电极概况以更高精度探伤脊髓深层结构。然则，复杂的通顺花式和脆弱的脊髓组织对软性神经接口材料的贪图提议了更高要求，需要进一步优化以尽量减少通顺引起的组织毁伤，并有用逼迫通顺带来的噪声信号。抗疲惫的柔性水凝胶因其优异的材料-组织机械匹配性和可拉伸性，在通顺自允洽性方面展现出显耀上风。
除了娇娆的接口贪图，增强的各向异性导电汇集概况守护结识的界面阻抗和一致的导电旅途，从而在动态环境下可靠地集结电生理信号。此外，这类软生物电子器件概况最猛进度减少对履动作物当然步履的侵犯。在步履测试中，集成式生物电子器件可同步纪录肌肉和神经系统不同部位的行径，从而栽种神经-肌肉回路的平直关系。这项技艺为神经调控与步履征询提供了新的可能性和更高的精准度。
这项使命的第一作家为纽约州立大学宾汉顿分校黄想喆，通信作家为纽约州立大学宾汉顿分校饶想圆和汪前彬提醒。
https://www.nature.com/articles/s41467-025-56450-4
开头：高分子科学前沿
声明：仅代表作家个东说念主不雅点，作家水平有限，如有不科学之处，请不才方留言指正！