【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)國家重點實驗室在定向結(jié)晶化蠶絲蛋白電子神經(jīng)界面研究方面取得了重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊突破了傳統(tǒng)蠶絲蛋白電子器件在水環(huán)境中易變形失效的限制，通過定向結(jié)晶物理改性技術(shù)調(diào)控蠶絲蛋白在濕潤條件下的溶脹特性，結(jié)合微納加工工藝制備了神經(jīng)電子器件，成功實現(xiàn)了在體電生理穩(wěn)定記錄，并高靈敏地識別出癲癇疾病中的高頻震蕩波信號。相關(guān)研究成果以“Silk fibroin-based bioelectronic devices for high-sensitivity, stable, and prolonged in vivo recording”發(fā)表在2024年10月17日的學(xué)術(shù)期刊《Biosensors and Bioelectronics》上(Biosensors and Bioelectronics, 2025，(267)，116853；10.1016/j.bios.2024.116853)。
 

　　提升植入式生物電子器件的生物相容性和界面適應(yīng)性，可以有效降低長期植入帶來的不適與組織損傷，拓展其在便攜電子、人機(jī)交互和智能醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用。蠶絲蛋白具有良好的機(jī)械柔韌性、高生物相容性、可調(diào)生物降解性和優(yōu)良介電特性，被廣泛應(yīng)用于生物電子領(lǐng)域。但是在實際水環(huán)境與體液環(huán)境中，由于水分子對蛋白材料的氫鍵破壞，易造成蛋白材料的溶解或溶脹變形，進(jìn)而導(dǎo)致表面功能結(jié)構(gòu)的撕裂和損壞，存在長期在體應(yīng)用的限制。
 

　　針對以上挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所團(tuán)隊提出使用定向結(jié)晶物理改性方法提升蠶絲蛋白材料在體穩(wěn)定性的策略。通過對水蒸氣交聯(lián)蛋白材料進(jìn)行特定方向的拉伸固定處理，增加蛋白β-sheet結(jié)構(gòu)在拉伸方向的結(jié)晶度，增加其對氫鍵破壞的抗性，使其遇水不溶脹，從而確保蛋白膜表面功能結(jié)構(gòu)在體內(nèi)等濕潤環(huán)境中不斷裂。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊通過微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝構(gòu)建了系列不同功能的定向結(jié)晶化蠶絲蛋白電子器件。結(jié)果顯示，蠶絲蛋白電子器件能夠在體外水環(huán)境中穩(wěn)定運行超過40天，并能實現(xiàn)小鼠體內(nèi)超過7天的高靈敏肌電信號記錄。此外，充分利用蛋白材料力學(xué)性能可調(diào)的特性，蛋白電子器件可以與動物組織緊密貼附，從而實現(xiàn)對癲癇模型中的高頻振蕩腦電信號的高分辨檢測。該項研究成果表明：定向結(jié)晶化蠶絲蛋白材料為制備具有高度界面適應(yīng)性與長期在體穩(wěn)定工作的神經(jīng)電子器件提供重要的途徑與參考。
 

　　圖1 基于定向結(jié)晶化蠶絲蛋白電子器件的設(shè)計、制備，并應(yīng)用于皮下肌電信號的高靈敏監(jiān)測與癲癇高頻振蕩腦電信號的高分辨檢測
 

　　中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所為該論文的第一完成單位和通訊單位，楊會然博士、朱子懿為該論文的共同第一作者，通訊作者為李孟研究員、陶虎研究員、柳克銀副研究員和魏曉玲研究員。該研究工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃“從0到1”原始創(chuàng)新項目、上海市級重大專項、中國科學(xué)院上海分院基礎(chǔ)研究特區(qū)計劃等相關(guān)研究計劃的支持。