近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所陶虎研究員團(tuán)隊(duì)在高適應(yīng)性蠶絲蛋白神經(jīng)接口研究方面取得進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院合作，基于蠶絲蛋白材料開發(fā)了一種具有高度組織/器官適配性的植入式生物電子器件。在保留絲蛋白材料良好生物相容性的基礎(chǔ)上，利用蠶絲蛋白材料的超收縮特性與鍵合工藝實(shí)現(xiàn)了器件的水觸發(fā)可控幾何重構(gòu)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了器件與目標(biāo)組織或器官在幾何結(jié)構(gòu)與功能上的匹配。相關(guān)研究成果以“Tissue/Organ Adaptable Bioelectronic Silk-Based Implants”為題于2024年7月22日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials上(Advanced Materials, 2024, 2405892；doi: 10.1002/adma.202405892)。
 

　　生物適配性是植入式生物電子器件最重要的屬性之一，包括但不限于生物相容性、力學(xué)匹配、幾何匹配與功能匹配等特征。蠶絲蛋白材料是制備生物醫(yī)學(xué)植入物的良好材料，并已得到臨床應(yīng)用。其具有無生物毒性、不引起排異反應(yīng)、體內(nèi)可降解、柔性、力學(xué)性質(zhì)可調(diào)及可實(shí)現(xiàn)功能化等優(yōu)秀性質(zhì)。但是以蠶絲蛋白為例的生物聚合物在用于制備生物電子器件時(shí)仍然面臨一定的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)：(1)當(dāng)前柔性電子器件往往通過被動(dòng)形變的方式與目標(biāo)組織或器官相貼合，貼附效果受限；(2)由于該類材料的溶解特性，制備于其表面的功能結(jié)構(gòu)可能會(huì)隨其表面積膨脹而撕裂，因此無法在體長(zhǎng)期工作。
 

　　針對(duì)以上挑戰(zhàn)，上海微系統(tǒng)所聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院基于蠶絲蛋白膜的超收縮特性確保了蛋白膜表面功能結(jié)構(gòu)遇水不斷裂，結(jié)合多層蠶絲蛋白膜鍵合工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)了形變可控的水觸發(fā)幾何重構(gòu)蛋白薄膜，并通過微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝與功能化蛋白膜實(shí)現(xiàn)了特定功能。
 

　　受爬藤植物啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)基于雙層可卷曲蠶絲蛋白膜及MEMS工藝進(jìn)一步開發(fā)了一種用于外周神經(jīng)的螺旋電極，并在大鼠身上驗(yàn)證了其電生理刺激、記錄功能以及中長(zhǎng)期在體生物相容性。實(shí)驗(yàn)表明，該電極可通過水觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)幾何重構(gòu)，從而緊密貼附于大鼠外周神經(jīng)并構(gòu)成良好的生物-電子界面。在中長(zhǎng)期在體植入后，未見電極導(dǎo)致的顯著排異反應(yīng)發(fā)生。以上結(jié)果表明了多層幾何可重構(gòu)蛋白膜在制備具有高度適配性的生物電子器件方面有很大的應(yīng)用前景。
 

　　圖1.基于蠶絲蛋白的超收縮特性和鍵合工藝，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了水觸發(fā)的幾何可重構(gòu)蛋白膜，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合MEMS工藝制備了遇水自卷曲的外周神經(jīng)電極并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)
 

　　該論文的第一作者為中科院上海微系統(tǒng)所朱子懿，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院嚴(yán)至文及中科院上海微系統(tǒng)所倪思遠(yuǎn)為該論文的共同第一作者，通訊作者為中科院上海微系統(tǒng)所魏曉玲研究員、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院錢運(yùn)副研究員和中科院上海微系統(tǒng)所柳克銀副研究員。該研究得到中科院上海微系統(tǒng)所陶虎研究員和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院范存義教授的指導(dǎo)和幫助。該研究獲得科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目、上海市級(jí)重大專項(xiàng)、中科院上海分院基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃等相關(guān)研究計(jì)劃的支持。