想象一下，未來(lái)治療慢性疾病不再依賴藥丸，而是通過柔軟、靈活、能夠與人體組織無(wú)縫融合的電子植入設(shè)備。這一設(shè)想正逐步成為現(xiàn)實(shí)，而關(guān)鍵材料的突破，竟來(lái)自一種常見的“甜味劑”。

在最新發(fā)表于《Science Advances》期刊的一項(xiàng)研究中，德州農(nóng)工大學(xué)（Texas A&M University）生物醫(yī)學(xué)工程系田麗梅（Limei Tian）副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種“甜蜜”的解決方案：將傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠中可能帶來(lái)毒性的添加劑，替換為一種安全的糖醇——D-山梨醇（D-sorbitol），它是常用于口香糖的成分。

電子植入物常用于疾病診斷、治療以及恢復(fù)神經(jīng)、感官與運(yùn)動(dòng)功能。而導(dǎo)電水凝膠的出現(xiàn)，大幅提升了這些設(shè)備的柔軟性與電導(dǎo)性，使其更適合人體內(nèi)部應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠依賴的某些添加劑可能會(huì)在長(zhǎng)期使用中引發(fā)毒性反應(yīng)，影響患者健康。

“我們希望打造真正像身體延伸一樣的生物電子設(shè)備——柔軟、安全，并能與自然組織良好融合，”田教授表示，“這類設(shè)備可能會(huì)徹底改變神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癱瘓和慢性疼痛的治療方式，讓長(zhǎng)期植入變得更可靠、更有效。”

研究團(tuán)隊(duì)使用D-山梨醇制造出一種柔軟且可拉伸的新型水凝膠材料，能緊密貼合神經(jīng)、肌肉等柔軟組織，降低植入時(shí)的“力學(xué)不匹配”問題，從而減少免疫排異風(fēng)險(xiǎn)。

這類新材料有望廣泛應(yīng)用于神經(jīng)類電子設(shè)備，例如治療帕金森病和癲癇的腦植入設(shè)備，以及用于脊髓損傷患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力的神經(jīng)接口。它同樣適用于可穿戴生物傳感器、電子皮膚與具觸覺反饋的軟體機(jī)器人等前沿科技。

“這種具有生物相容性的材料，不僅提升了植入設(shè)備的電子性能，也大大提高了其長(zhǎng)期使用的安全性和穩(wěn)定性，”該研究的主要作者之一、博士生Md Saifur Rahman表示。

開發(fā)導(dǎo)電水凝膠面臨的最大挑戰(zhàn)之一是同時(shí)兼顧“生物相容性”與“長(zhǎng)期穩(wěn)定性”。許多現(xiàn)有材料會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)，導(dǎo)致組織瘢痕化或設(shè)備失效。田教授的團(tuán)隊(duì)通過使用D-山梨醇，顯著降低了這類風(fēng)險(xiǎn)。

“我們的目標(biāo)是開發(fā)一種完全無(wú)毒、且性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料（如鉑金）的導(dǎo)電水凝膠材料。結(jié)果顯示，我們的水凝膠電極在儲(chǔ)電和電荷傳輸方面表現(xiàn)優(yōu)于鉑金，這對(duì)于神經(jīng)刺激設(shè)備來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

該研究已在大鼠實(shí)驗(yàn)中獲得成功，水凝膠在力學(xué)與化學(xué)性能上都接近天然組織，降低了不良反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)入人體臨床前，研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃在大型動(dòng)物模型中進(jìn)一步驗(yàn)證其長(zhǎng)期穩(wěn)定性與安全性。

未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將與臨床醫(yī)生和產(chǎn)業(yè)合作伙伴開展合作，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)向?qū)嶋H醫(yī)療設(shè)備轉(zhuǎn)化。他們的終極目標(biāo)是開發(fā)新一代神經(jīng)接口技術(shù)，以改善患者的治療效果，并推動(dòng)醫(yī)學(xué)技術(shù)的邊界。

該項(xiàng)目還得到了德州農(nóng)工大學(xué)醫(yī)學(xué)院與獸醫(yī)學(xué)院的多位專家支持。醫(yī)學(xué)專家Michelle Hook博士與獸醫(yī)病理學(xué)專家Yava Jones-Hall博士等人進(jìn)一步驗(yàn)證了水凝膠的組織兼容性。

“我是一名病理學(xué)獸醫(yī)，負(fù)責(zé)分析神經(jīng)組織的組織切片，”Jones-Hall博士表示，“我發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)鉑金材料的植入物引發(fā)了顯著的神經(jīng)周圍炎癥反應(yīng)，而使用導(dǎo)電水凝膠的情況要輕得多。這一發(fā)現(xiàn)也進(jìn)一步支持了田博士團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)論?！?/p>

參考文獻(xiàn)：Md Saifur Rahman et al, Soft, stretchable conductive hydrogels for high-performance electronic implants,?Science Advances?(2025).?DOI: 10.1126/sciadv.ads4415

編輯：周敏

排版：李麗