在活组织中生长的基于凝胶的电极

瑞典林雪平大学、隆德大学和哥德堡大学的研究人员使用人体分子作为触发器，成功地在活体组织中培育出基于凝胶的电极。通过注入含有酶作为组装分子的凝胶，研究人员能够在斑马鱼和药用水蛭的组织中形成电极。

该团队表示，这一成就可能会导致在生物体中生成完全集成电子电路的技术的发展。“几十年来，我们一直在尝试创造模仿生物学的电子产品，”林雪平大学LOE有机电子实验室的MagnusBerggren博士说。“现在我们让生物学为我们创造电子产品。”

该团队在一篇题为“无底物有机生物电子学的代谢物诱导体内制造”的论文中报告了其在科学领域的进展。

作者表示，生物学和技术之间的界限正在变得模糊，将电子设备与生物组织联系起来的能力对于帮助理解复杂的生物功能、对抗大脑疾病以及开发未来的人机界面非常重要。然而，与半导体工业并行发展的传统生物电子学具有固定和静态的设计，即使不是不可能，也很难与活的生物信号系统相结合。“将电子设备与神经组织连接起来对于理解复杂的生物功能至关重要，但传统的生物电子设备由刚性电极组成，从根本上与生命系统不相容，”该团队写道。

为了弥合生物学与技术之间的差距，Berggren及其同事开发了一种在活组织中制造柔软、无底物、导电聚合物材料的方法。多组分混合物基于一种称为ETE的物质的衍生物，并使用内源性代谢物触发可注射凝胶内有机前体的酶促聚合，“从而形成具有长程导电性的导电聚合物凝胶，”研究人员评论道。“将含有酶和小电活性单体的凝胶注入生物组织，内源性代谢物诱导单体聚合。这导致有机电子凝胶不需要刚性——因此本质上在生物学和流变学上不相容——基板材料。”

由于身体的内源性分子足以触发电极的形成，因此不需要遗传修饰或外部信号，例如光或电能，而这在以前的实验中是必需的。“......内源性化合物驱动的聚合方法不需要对目标细胞或组织进行基因操作，使其更容易翻译，”他们继续说道。瑞典研究人员是世界上第一个在这方面取得成功的人。

XenofenStrakosas博士是LOE和隆德大学的研究员，也是该研究的主要作者之一，他进一步解释说，“与身体物质的接触会改变凝胶的结构并使其导电，而注射前则不然.根据组织的不同，我们还可以调整凝胶的成分以使电过程继续进行。”

在他们的研究中，研究人员进一步表明，该方法可用于将导电材料定位到特定的生物亚结构，从而为神经刺激创造合适的界面。

通过在隆德大学进行的实验，该团队成功地在斑马鱼的大脑、心脏和尾鳍以及药用水蛭的神经组织周围形成了电极。这些动物没有受到注射凝胶的伤害，也没有受到电极形成的影响。

该团队必须克服的众多挑战之一是规避动物可能的免疫系统反应。“通过对化学进行巧妙的改变，我们能够开发出被脑组织和免疫系统接受的电极，”隆德大学医学院的合著者罗杰奥尔森说，他在隆德大学也有一个化学实验室。哥德堡大学。“斑马鱼是研究大脑中有机电极的绝佳模型。”

Roger教授在阅读电子玫瑰后主动提出研究由林雪平大学的研究人员于2015年开发。一个研究问题，也是植物和动物之间的一个重要区别，是细胞结构的差异。植物具有坚硬的细胞壁，可以形成电极，而动物细胞更像是一团柔软的物质。创建具有足够结构和正确物质组合以在这样的环境中形成电极的凝胶是一项需要多年才能解决的挑战。研究人员表示，新的发展将“......适用于广泛的组织和动物模型......这种方法可用于靶向特定的生物亚结构，适用于神经刺激，为完全整合的体内铺平道路-神经系统中的人造电子设备。”

他们的研究为生物电子学的新范式铺平了道路，以前需要植入物理物体来启动体内的电子过程，未来注射粘性凝胶就足够了。科学家们表示，从长远来看，在生物体中制造完全集成的电子电路是可能的。“这种方法可用于针对特定的生物子结构，适用于神经刺激，为神经系统内完全集成的体内制造电子设备铺平了道路，”该团队表示。

“我们的研究结果为思考生物学和电子学的全新方式开辟了道路，”LOE的博士生、该研究的主要作者之一HanneBiesmans说。我们还有一系列问题需要解决，但这项研究是未来研究的一个很好的起点。”

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