将神经组织与电子设备连接起来提供了一种研究神经系统复杂电信号特征的方法。 植入的电子设备也可用于调节神经回路以预防或治疗各种疾病。 不幸的是，刚性电子基板和软组织之间存在根本不匹配，可能会损坏脆弱的生命系统。

瑞典的研究人员想出了一种解决这种不匹配的方法，方法是在体内产生电极。 团队——来自 林雪平大学, 隆德大学 和 哥德堡大学 – 已经开发出一种方法，可以使用身体的分子作为触发器，直接在活组织内制造柔软、无底物的导电材料。

该方法描述于 科学，从由分子前体的复杂混合物制成的可注射溶液开始。 这种凝胶包含一种称为 ETE-COONa 的有机单体，以及氧化酶（葡萄糖氧化酶 (GOx) 或乳酸氧化酶 (LOx)）和辣根过氧化物酶以及交联剂嵌入聚合物基质中。 注射后，酶分解组织中的内源性代谢物（葡萄糖或乳酸），诱导有机单体聚合，形成稳定、柔软的导电凝胶。

“几十年来，我们一直在尝试创造模仿生物学的电子产品。 现在我们让生物学为我们创造电子产品，”林雪平大学的 马格努斯·伯格伦 在一份新闻声明中。

体内 电极制造

Berggren 及其同事通过将鸡尾酒凝胶注射到麻醉的活斑马鱼中来验证酶引发的聚合过程。 注入斑马鱼尾鳍的凝胶发生聚合 体内，沿鳍腔的整个长度形成明显的深色。 葡萄糖和乳酸盐都是有效的催化剂，乳酸盐会诱导更快的聚合反应，这可能是因为它在斑马鱼组织中的浓度较高。

该团队接下来将含有 LOx 作为氧化酶的混合物注入麻醉斑马鱼的大脑中，这项工作由 罗杰奥尔森 来自隆德大学。 解剖的脑切片含有深蓝色聚合物，表明存在聚合迹象，研究人员通过紫外-可见吸收光谱证实了这一点。

他们通过将大脑切片放在金微电极阵列 (MEA) 的顶部并在有黑点的区域进行测量来表征大脑切片的电行为。 当施加介于 -0.5 和 0.5 V 之间的电压时，脱水脑切片显示出线性电流。 该电流高于对照组织样本中的电流。

重要的是，基于 LOx 的凝胶似乎是无毒的。 凝胶在大脑中聚合三天后，斑马鱼表现出正常的游泳行为，注射部位没有组织损伤的迹象。

将基于 GOx 的鸡尾酒凝胶注入斑马鱼大脑不会引起聚合反应。 这种糟糕的表现是意料之中的，因为众所周知，斑马鱼的大脑与人类大脑非常相似，具有低葡萄糖和高乳酸浓度。

研究人员还将提取的斑马鱼心脏浸入基于 GOx 或 LOx 的鸡尾酒凝胶中。 对于这两种凝胶，他们在心脏表面观察到深蓝色线条，表明葡萄糖和乳酸都诱导了聚合。 从凝胶中取出并与 MEA 集成的心脏对线性电压扫描的应用表现出线性电流响应，这种行为在对照样品中未见。

这些发现表明，由内源性代谢物驱动的电子导体的形成可以在各种生物组织和环境中发展出软电子学。 为了证实这一点，研究人员将凝胶注入牛肉、猪肉、鸡肉和豆腐样品中。 由于所需代谢物的缺乏或浓度低，他们在所有组织中观察到聚合，但在植物豆腐中没有观察到。

最后，为了研究为神经科学应用创建记录和刺激电极的可能性，该团队将凝胶注入药用水蛭中，水蛭具有简单且易于接近的神经系统。 他们表明，基于 LOx 的混合物会原位聚合，并且可以在微型柔性探针上将神经组织与金电极连接起来。

让健康数字化

“我们的研究结果为思考生物学和电子学的全新方式开辟了道路，”共同主要作者说 汉娜比斯曼斯，林雪平有机电子实验室的博士生。 “我们还有一系列问题需要解决，但这项研究是未来研究的良好起点。”

Berggren 说，该团队目前的目标包括改变鸡尾酒化学以控制结合位置，提供一种在细胞水平上构建电极和电子设备的工具。 “我们还在其他更大的动物模型中评估鸡尾酒及其修改，以实现与外部电路的接触，然后实现神经元信号的记录或驱动，”他说 物理世界.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/researchers-grow-electronics-directly-inside-living-tissue/