科研人员开发出水驱动的自适应柔软可拉伸电极

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植入式人机接口是人机协同的重要发展方向，包括中枢-机接口（如脑机接口）、外周-机接口。无论哪种接口，电子器件与人体组织的界面都是至关重要的，关系到接口的长期稳定性、信息传输保真度等。目前，人类仍然未能实现长期稳定的植入式人机接口。

为了适应人体组织的柔软特性，柔软可拉伸电子技术兴起了多年，而柔软可拉伸电极是监测人体电生理信息的核心工具。由于生物组织的柔软性，形状和尺寸各不相同，柔软可拉伸电极与生物组织的接口无法像硬件电路集成那样标准化，所以亟需开发柔软电极与复杂生物组织界面标准化快速集成方法。

12月13日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所神经工程中心李光林、刘志远团队联合新加坡南洋理工大学陈晓东、高华建团队，以及南京医科大学胡本慧团队在《自然》发表最新成果。

合作团队共同研发了一种能够快速大幅度收缩的柔软薄膜，并系统探讨了该薄膜在简化和加速植入程序领域的应用。这一创新设计为实现生物和电子设备之间的无缝集成提供了新的可能性。

在这项研究中，论文第一作者易俊琦从蜘蛛丝中汲取灵感，基于聚环氧乙烷和聚乙二醇-α-环糊精包合物，研发出了一种水响应性超收缩聚合物薄膜。该薄膜在室温条件下干燥、柔韧且稳定，润湿后能快速且大幅度地收缩，转变为柔软可拉伸的水凝胶薄膜。这种超收缩薄膜归因于薄膜分子链取向和带微孔的多级结构，同时该薄膜干燥且柔韧的特性也有助于电子集成过程。基于这种薄膜构筑形状的自适应电极阵列大大简化了植入过程，在润湿后可保形地包裹不同尺寸的神经、肌肉和心脏，并应用于体内神经刺激和电生理信号记录。

研究表明，这种新型水响应材料在塑造下一代生物组织电子界面以及拓宽形状自适应材料的生物医学应用方面具有潜在的重要作用。

2012年起，刘志远从便开始在深圳先进院从事柔软神经界面电极研究，聚焦新型柔软电生理电极及机器人柔软触觉传感皮肤的研究，取得一系列研究成果，其中包括发掘渗透毛发的柔软电极导电膏、实现超窄柔软可拉伸电极以实现单细胞级的神经元监测、探究柔软可拉伸导电薄膜在通电下的电致破坏机理等。

“尽管我们在该领域取得了系列进展，生物界面电极尤其是体内长期植入电极的长期相容问题，体表电极的长期稳定贴敷问题等，仍需要进一步研究解决。”刘志远说道。

相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06732-y