Nature子刊长期传感和调节神经的自适应和多功能水凝胶混合探针

　　【科研摘要】
　　为了理解渐进式神经生理现象的潜在机制，神经接口应该在较长时间内与大脑回路双向交互。然而，这种界面仍然受到来自探针和神经组织之间化学机械不匹配的异物反应的限制。
　　为了应对这一挑战， 麻省理工学院(MIT)赵选贺教授和Polina Anikeeva教授团队 开发了一个多功能传感和驱动平台，该平台由紧密集成在模拟脑组织的软水凝胶基质中的多材料纤维组成。这些混合设备具有由水凝胶基质的水合状态决定的自适应弯曲刚度。这使得它们能够直接插入大脑深部区域，同时最大限度地减少与植入后大脑微动相关的组织损伤。 水凝胶混合装置允许对神经回路进行电生理学、光遗传学和行为研究，并在植入后 6 个月内对自由移动的小鼠的稳定孤立的单个神经元电位进行最小化反应和跟踪。 相关论文以题为 Adaptive and multifunctional hydrogel hybrid probes for long-term sensing and modulation of neural activity 发表在《Nature Communications》上。
　　【主图导读】
　　图 1：多功能水凝胶混合探针的设计、制造和表征。
　　图 2：水凝胶混合探针的力学分析。
　　图 3：水凝胶混合探针的光遗传学询问。
　　图 4：单单元电位和异物反应的长期调查。
　　【总结】
　　在这项研究中， 团队开发了自适应、生物相容和多功能的水凝胶混合装置，具有长期稳定性，用于自由移动受试者的深部脑回路的光电生理学研究。热拉伸聚合物纤维在水凝胶基质中的紧密集成解决了合成装置和神经组织之间的化学机械不匹配问题，并提供了多种功能。软水凝胶基质在弯曲过程中有效地消除了混合探针内单个聚合物纤维中的应力场，导致这些装置的弯曲刚度明显低于具有相同尺寸的固体聚合物、玻璃或金属探针。 结果，在大脑相对于头骨的微运动期间，混合探针在周围神经组织中引起显着较低的应力和应变。此外，干燥和完全膨胀的水凝胶的弹性模量之间的三个数量级差异导致适应性特性，这允许直接插入深部大脑结构，同时最大限度地减少与神经组织的长期生物力学不匹配。这种多功能性、良好的组织-设备相互作用和自适应特性的结合可能为其他基于水凝胶的设备（包括可穿戴和可植入生物标志物传感器）的未来发展提供一个有希望的方向，从而影响身体-机器接口的创新。
　　参考文献 ：
　　doi.org/10.1038/s41467-021-23802-9
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