随着脑-机接口技术的不断发展，实现用意念操控外部设备的科幻场景正逐步变为现实。近日，东华大学纤维材料改性国家重点实验室联合上海交通大学医学院附属第六人民医院开发了一种可有效调控丝素蛋白（SF）/聚(3,4乙烯二氧噻吩)（PEDOT）分子互穿界面的热温辅助图案转移技术，制得了具有优异共形性、耐久性的非瞬态SF柔性神经接口，成功采集了具有更高精准度和更低信噪比的大鼠皮质脑电（ECoG）信号，且生物相容性良好。这一进展为后续长效脑电监控、神经疾病病理研究和人机交互提供了可能，在其他SF基可植入电子器件的设计中具有一定普适性。
相关研究成果以《具有优异共形性、生物相容性和生物电传导性的非瞬态丝素蛋白基柔性神经接口》（Flexible Neural Interface from Non-transient Silk Fibroin with Outstanding Conformality, Biocompatibility and Bioelectric Conductivity）为题发表在《先进材料》（《Advanced Materials》）上。东华大学纤维材料改性国家重点实验室、材料科学与工程学院博士生胡展翱为第一作者，上海交通大学医学院博士生梁宇晴为共同第一作者，东华大学张耀鹏研究员、姚响副研究员和上海交通大学医学院附属第六人民医院神经外科主任医师陈浩为共同通讯作者。
（研究思路技术概要图）
作为脑-机接口技术的关键一环，神经接口器件的性能很大程度上决定了所采集电生理信号的质量。SF薄膜材料具有优异的可加工性和较低的免疫原性，能够克服材料力学刚性过大、生物相容性差等不利影响，被认为是构筑生物质柔性神经接口器件的理想材料。
该研究中，东华大学研究人员基于甲酸-氯化钙体系制得了有更高分子量的SF溶液，由于甲酸的存在，促进SF长链和PEDOT分子间相互渗透和缠结。在温度的辅助下，SF溶液逐渐固化（重结晶），并将已渗透的PEDOT分子牢固锁合于SF层中，形成SF/PEDOT交织界面。这一加工方法促使了所得SF/PEDOT材料本征非瞬态特性，其交织界面极大地保证了PEDOT导电层的高电导率和湿态环境下的耐受性，为后续制备非瞬态SF柔性神经接口奠定了理论基础。
（基于热温辅助图案转移技术制得的SF/PEDOT薄膜及相关表征）
基于“热温辅助图案转移技术”，研究人员成功地将喷墨打印的PEDOT电极转移至SF柔性衬底，制得了具有6通道电极的非瞬态SF柔性神经接口，并采集了麻醉状态大鼠的脑皮质表面ECoG信号。较对照组神经电极（商用聚酰亚胺类），该电极展现了更高的精准度和更高的信噪比。“相较于现有SF基神经电极/接口材料，我们制备的SF柔性神经接口在共形性、水稳定性和更小电极尺寸方面均具有较为明显的优势。”胡展翱说。
实验结果表明，通过药物诱导的大鼠癫痫发作是间歇性的，并在潜伏期（或静息）、发作期和消退阶段循环约半小时，而非通常认为的长时段处于发作期。这证实了非瞬态SF柔性神经接口可鉴别癫痫状态下大鼠的各类脑电波。
（具有优异曲面共形性的SF柔性神经接口）
（非瞬态SF柔性神经接口功能验证）
针对非瞬态SF柔性神经接口的生物相容性这一关键问题，研究团队围绕术后动物生存状况、免疫反应和血液中炎症因子含量等进行了重点考察评估。相关结果表明，受益于SF神经接口良好的柔性、共形性和低免疫原性，术后大鼠短期内可恢复正常生理功能、皮质表层未见明显擦伤，且血液中炎症因子表达处于较低水平，这将有利于后期临床应用研究。
后续，团队将聚焦于发展具有高密度通道的丝素柔性神经接口、脑电信号的无线传输及数据分析，有望为开发新一代神经疾病诊疗技术和脑-机接口技术提供参考。
文章信息：doi.org/10.1002/adma.202410007
