摘要早期的神經(jīng)微電極多由半導(dǎo)體和金屬等剛性材料制成，其生物兼容性差、易引起免疫反應(yīng)損傷神經(jīng)組織。水凝膠修飾的神經(jīng)微電極憑借三維親水聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機械性能和良好的生物相容性得到了廣泛的應(yīng)用，且在水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中填充聚合物可以提高性能、改善電極/神經(jīng)組織界面和提升長期穩(wěn)定性。

本文介紹了水凝膠的特性及合成方法，并從生物相容性、電極機械性能和電化學(xué)性能以及電極的耐用性和穩(wěn)定性等方面論述了水凝膠修飾神經(jīng)微電極性能的影響，最后展望了水凝膠神經(jīng)微電極未來的發(fā)展方向。

引言

對神經(jīng)組織進行電刺激是治療神經(jīng)失調(diào)、脊柱損傷和運動障礙等疾病的有效方式，其中神經(jīng)微電極是實現(xiàn)神經(jīng)組織和外部電子系統(tǒng)間信息融合的界面器件[1]。根據(jù)《中國制造2025》、科技創(chuàng)新2030——“腦科學(xué)與類腦研究”重大項目和《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等戰(zhàn)略規(guī)劃，研究與開發(fā)生物相容性好、高空間分辨率、高電荷注入能力的神經(jīng)微電極，是不斷增強核心科技競爭力的關(guān)鍵方向。

傳統(tǒng)神經(jīng)微電極包括金屬微絲電極、Michigan硅基微電極和Utah硅基微電極等，以這些材料為主的電極，生物兼容性差、硬度遠(yuǎn)高于神經(jīng)組織，容易引起排異反應(yīng)。因此，開發(fā)具有良好組織貼合性和電場穩(wěn)定性的新材料成為研究熱點。

水凝膠具有三維親水聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、比表面積大、出色的電子與離子傳輸能力，成為構(gòu)筑神經(jīng)微電極的理想材料，在神經(jīng)微電極研究領(lǐng)域具有重要意義。

本文總結(jié)了合成水凝膠的幾種不同方法，對其合成條件及得到的水凝膠的特性進行了概述；并分析了水凝膠修飾的神經(jīng)微電極在生物相容性、機械性能及電化學(xué)性能等方面的優(yōu)勢，為水凝膠在神經(jīng)微電極中的應(yīng)用提供了理論參考。

1水凝膠的特性及合成方法

1.1水凝膠的特性

水凝膠是一種在組織工程、藥物輸送和可植入設(shè)備等方面具有廣泛應(yīng)用的柔性材料，其含水率高，質(zhì)地柔軟，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可以通過注射成型、澆注成型等方式產(chǎn)生復(fù)雜的三維幾何結(jié)構(gòu)。Cha等設(shè)計了一種具有良好拉伸性能、快速凝膠化和強黏附性的可注射水凝膠，其拉伸性能可加速傷口的愈合；快速凝膠化和強黏附性可讓其作為止血劑，通過微創(chuàng)技術(shù)用于撕裂器官。

Ahmed等設(shè)計了一種可注射的殼聚糖-聚乙二醇水凝膠系統(tǒng)，其可將阿霉素和碳酸氫鈉輸送到惡性腫瘤，在緩沖細(xì)胞外酸度的同時實現(xiàn)化療藥物的遞送。Liang等設(shè)計了一種具有良好拉伸性能和自恢復(fù)能力的水凝膠材料，可用于可穿戴設(shè)備和可植入電極，來獲取生理壓力信號、記錄大鼠腦內(nèi)局部電場電位。

拉伸/壓縮試驗表明，該水凝膠沒有明顯的性能損失，其在拉伸和壓縮方面具有優(yōu)異的抗疲勞性能。水凝膠還具有優(yōu)異的擴散性能，可通過釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子來提高神經(jīng)元存活率、通過釋放抗炎藥減少植入神經(jīng)微電極部位周圍的炎癥。

Feng等通過共混功能性自組裝肽溶液和絲素蛋白溶液制備了雙網(wǎng)絡(luò)雜化水凝膠，并將有助于神經(jīng)再生的神經(jīng)營養(yǎng)因子-3包封進水凝膠中，利用水凝膠的特性達(dá)到緩慢持續(xù)地釋放，來調(diào)節(jié)早期的炎癥反應(yīng)、促進神經(jīng)再生。水凝膠與人體組織相接觸時，水凝膠表面上的蛋白質(zhì)和細(xì)胞黏附較少，表現(xiàn)出良好的生物相容性。Sun等設(shè)計并制備了一系列聚酰胺-胺水凝膠，通過調(diào)控有利于細(xì)胞黏附的雙酰胺組分和抗蛋白黏附兩性離子組分，同時實現(xiàn)優(yōu)異的細(xì)胞黏附和抗非特異性蛋白黏附功能。

Li等設(shè)計制備了一種具有優(yōu)異抗溶脹性和生物相容性的水凝膠。研究表明，該水凝膠由于其超親水性，表面形成的水合層減少了蛋白質(zhì)、細(xì)胞和水凝膠之間的相互作用；在水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中填充聚合物可以改善電極/神經(jīng)組織界面和保持長期穩(wěn)定性，以提高其性能。