可调节寿命的可注射生物电极

植入式生物电极在高效的生物信号传输方面具有很大的潜力。传统金属基生物电极的使用与切口疼痛、组织炎症、信号转导效率低下以及生物系统稳定性失控有关。韩国的研究人员开发基于石墨烯的导电水凝胶(ICHs)作为先进的植入式生物电极，可注射的，允许体内降解控制，并表现出良好的信号传输，用于先进的植入式生物电极。

　　

   

   

图片:韩国光州科学技术研究所(GIST)的研究人员开发出石墨烯基导电水凝胶作为生物电极材料，以克服与传统金属基生物电极相关的挑战。这些导电水凝胶是可注射的，皮肤相容，易于使用，并表现出良好的信号传输。此外，它们的可降解性可控，可以开发高性能，方便的生物电极，具有先进的适用性。

图片来源：韩国GIST的Jae Young Lee教授 论文作者

植入式生物电极是一种电子设备，可以通过向活体生物系统传输信号来监测或刺激生物活动。这种装置可以用各种材料和技术制造。但是，由于它们与活组织的密切接触和相互作用，选择合适的材料来提高性能和生物相容性是至关重要的。导电性水凝胶由于其柔韧性、相容性和良好的相互作用能力，近年来作为生物电极材料受到了广泛的关注。然而，传统导电水凝胶缺乏可注射性和可降解性，限制了它们在生物系统中使用的便利性和性能。

在此背景下，韩国研究人员开发出了具有可注射性和可调节降解性的石墨烯基导电水凝胶，进一步推动了先进生物电极的设计和开发。该研究由光州科学技术研究所(GIST)的Jae Young Lee教授领导，并于2023年2月24日发表在《Small》杂志上。

李教授解释了他们的研究理由，他说:“传统的植入式电极经常会引起一些问题，比如植入式电极的切口大，以及在体内稳定性不受控制。相比之下，导电水凝胶材料允许微创输送和控制生物电极的体内功能寿命，因此非常受欢迎。”

为了合成可注射导电水凝胶(ICHs)，研究人员使用巯基功能化的还原氧化石墨烯(F-rGO)作为导电成分，因为它具有较大的表面积和优异的电学和机械性能。他们选择了二马来酰亚胺(PEG-2Mal)和二丙烯酸酯(PEG-2Ac)功能化聚乙二醇作为预聚物，分别对应提高稳定性和可水解性，然后将这些预聚物与聚乙二醇-四硫醇(PEG-4SH)和F-rGO进行硫烯反应。

用PEG-2Ac制成的ICHs是可降解的(DICH)，而用PEG-2Mal制成的ICHs是稳定的(SICH)。研究人员发现，新型ICHs与组织结合得非常好，并录得了最高的信号，因此优于各种现有的ICHs。在体外条件下(活体外)，SICH在一个月内没有降解，而DICH从第三天开始逐渐降解。当植入小鼠皮肤时，DICH在给药3天后消失，而SICH在7天内保持其形状。除了可降解性可控外，两种ICHs都与皮肤相容。

此外，研究小组评估了ICHs在大鼠肌肉和皮肤中记录体内肌电图信号的能力。SICH和DICH都记录了高质量的信号，并且超越了传统金属电极的性能。SICH记录可以监测长达三周，而DICH信号在五天后完全丢失。这些发现表明SICH电极适用于长期信号监测，而DICH电极适用于不需要手术切除的临时使用。

总结这些结果，Lee教授说:“我们开发的新型石墨烯基ICH电极具有高信号灵敏度、使用简单、侵入性最小和可调降解性等特点。总之，这些特性可以帮助开发先进的生物电子学和功能性植入式生物电极，用于各种医疗条件，如神经肌肉疾病和神经系统疾病。”我们当然希望这一发展能很快迎来治疗和诊断进步的新时代!

编译：vivian