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  穩定高效的神經接口是診斷和治療各種神經紊亂/疾病的最有效途徑之一，如癲癇，帕金森，阿爾茨海默癥等。導電聚合物具有優異的電學/電化學性質及生物兼容性，例如PEDOT:PSS聚合物或水凝膠，被認可為綜合性能優異的神經界面材料。然而，在潮濕的生理環境中，導電聚合物與電極之間的界面穩定性差；尤其是在長期的電刺激過程中，PEDOT:PSS涂層會發生持續的體積膨脹/收縮，導致聚合物/水凝膠涂層內部和界面的裂紋產生、涂層脫落等結構破壞，電化學性能急劇降低，腦部疤痕形成和炎癥反應，極大地限制了神經診斷和治療的實用性和可靠性，為生物電子在腦機接口領域的廣泛應用提出了重大挑戰。

  近日，南方科技大學劉吉團隊聯合中科院深圳先進院魯藝團隊在《Advanced Materials》上發表文章《Engineering Electrodes with Robust Conducting Hydrogel Coating for Neural Recording and Modulation》，報道了一種普適高效的構筑方法，實現導電聚合物水凝膠與傳統金屬生物電極的穩定高效界面，用于神經信號記錄和神經類疾病的電刺激治療。

  該團隊通過將功能長鏈聚合物(聚(苯乙烯磺酸-co-4-乙烯吡啶)(Poly(SS-4VP))化學接枝到金屬基底上，電化學沉積導電聚合物(如：PEDOT等)和進一步化學交聯，制備出PEDOT: Poly(SS-4VP)互穿網絡水凝膠（圖1）。這一方法不僅能夠實現導電聚合物水凝膠與剛性電極形成堅韌的共形界面，兼具機械柔性、高導電性和長期電化學穩定性。他們進一步將修飾有PEDOT:Poly(SS-4VP)水凝膠的生物電極植入到生物體腦內，在長期低電壓電刺激下，導電水凝膠/電極界面保持穩定，可以實現持久穩定的電生理記錄和電刺激。 

  導電水凝膠涂層的長期穩定性是生物電極在生物體內植入和發揮功效的關鍵因素。該團隊通過對比研究發現直接電化學沉積獲得的PEDOT:PSS涂層在10,000次循環伏安之后電化學性能明顯下降，電荷存儲能力(CSC)下降45%以上，無法滿足體內應用（圖2）。與之相對應，PEDOT:Poly(SS-4VP)水凝膠涂層在10,000次循環伏安之后電化學性能保持穩定。此外，該團隊也通過機械超聲（功率110 W）的方法考察了這類導電聚合物水凝膠涂層的穩定性，得到了類似的結論。該團隊進一步通過數值模擬分析，揭示了他們的增韌機制（長鏈聚合物共價錨定和化學交聯協同）在提高界面長期穩定性中的作用，為后續各類導電聚合物涂層的制備提供了理論指導。 

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202209324

招聘信息

  劉吉副教授及團隊簡介：劉吉博士于2019年9月加入南方科技大學獨立建組，任博士生導師。主要研究領域為軟材料的極限性能設計、仿生軟材料、界面粘合、軟材料3D打印以及功能軟材料在組織工程上的應用等。近年來，在Science Advances，Nature Communications，PNAS，Advanced Materials，Advanced Functional Materials等期刊上發表文章60余篇。先后獲得國家級青年人才項目(2020)、《麻省理工科技評論》中國區 “35歲以下科技創新35人” (2020)、珠江人才引進高層次人才青年項目(2020)、深圳市海外高層次人才(2020)、日本高分子協會青年學者獎(2017)、瑪麗居里學者(2015)等榮譽。