Acta Biomaterialia：刘耀波/张珽团队开发研究大脑皮层活动新工具

近日，苏州大学神经科学研究所刘耀波教授团队与中科院苏州纳米所张珽研究员团队合作的最新成果以“In situ multimodal transparent electrophysiological hydrogel for in vivo miniature two-photon neuroimaging and electrocorticogram analysis”为题在线发表于国际知名期刊Acta Biomaterialia（一区, 2022 IF: 10.633）。

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水凝胶作为一种柔性材料在组织工程中得到了广泛应用。由于其制备简单、机械强度和弹性可调、组织相容性高、降解产物无害等优点，常被用于神经组织修复。作为载体工具，水凝胶材料还可以弥合神经损伤造成的缺口，为细胞、药物和生物分子提供良好的微环境。

最近有报道称，水凝胶材料凭借其离子传导能力，可作为电极记录神经系统中具有高信噪比的神经电生理信号。然而，水凝胶材料在神经信号记录方面的应用仍然存在挑战，不仅需要类神经组织样的生物力学性能，还需要高透光性能和电流低阻抗传导等诸多性能提升。

在此，为了克服传统电极的缺点，实现多模态信号采集，研究人员研发了一种柔性多模态透明电生理水凝胶电极(MTEHy)。以聚乙烯醇、季铵盐壳聚糖和透明质酸(PVA@HACC@HA)为聚合物网络，采用冻融法制备MTEHy，该过程中不使用任何有毒有害的交联剂和引发剂。具有高度的生物相容性和较低的杨氏模量(0.15 MPa)。

此外，它作为非金属植入式电极，可进行核磁共振成像。在体植入后，展示出良好的生物相容性，并能够减少神经炎症反应与皮层脑组织损伤。

该水凝胶电极具有较高的透光率，在300 nm到1100 nm波长透光率可达93.35%，支持其在利用微型双光子荧光显微镜进行神经元成像中的应用。同时，该水凝胶电极作为原位颅窗封闭物，有望代替传统玻璃片封闭颅窗，避免了实验动物在实验过程中暴露于破碎玻璃的潜在危害。它还可以最大限度地减少胶水遮挡视野或因胶水渗透而引起炎症的可能性。

此外，利用该水凝胶电极良好的导电性，研究人员开发了一套利用微型双光子显微镜记录神经元钙离子信号的系统，它还能实时监测自由运动小鼠的皮层脑电(electrocorticogram, ECoG)。MTEHy作为一种新兴的研究工具有望为日后研究大脑皮层活动带来更多的发现。

文章的第一作者为刘耀波教授团队研究生魏位，共同第一作者为张珽研究员团队博士研究生郝明明。中科院苏州纳米所张珽研究员与苏州大学刘耀波教授为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金，科技部重点研发项目、973项目，江苏省高等学校优势学科建设项目，江苏省重点研发计划等项目的资助。

刘耀波教授团队长期从事中枢神经环路构建以及损伤修复的研究工作，致力于中枢神经再生的分子细胞调控机制和干预靶点、以及神经信号调控中枢神经环路重建的机制和关键技术的转化神经科学研究。张珽研究员团队聚焦于“面向多维信息探测的智能材料与微纳传感器件”研究方向：研究高性能纳米智能材料与仿生结构的可控制备方法，融合高效率印刷电子制造技术和MEMS微纳制造技术，形成功能融合的微纳智能感知集成器件。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.08.053

Wei W, Hao M, Zhou K, et al. In situ multimodal transparent electrophysiological hydrogel for in vivo miniature two-photon neuroimaging and electrocorticogram analysis [published online ahead of print, 2022 Aug 27]. Acta Biomater. 2022; S1742-7061(22)00525-6.