柔性可生物降解和无线磁电纸用于生物电植入物的简单原位个性化

由UNIST材料科学与工程系的JiyunKim、ChaenyungCha和MyoungHoonSong教授联合领导的研究小组推出了世界上第一个柔性、可生物降解的生物电子纸，具有均匀分布的无线刺激功能，可实现生物电子的简单个性化植入物。

这些创新材料由纳米级功能材料制成，因此可以通过简单的方法进行进一步定制，例如卷绕、切割、向内折叠、向外折叠，而不损失功能。

研究小组预计，这些具有前所未有的设计灵活性的结果可以为用于微创无线刺激疗法的临时生物电子植入物的低成本、简单且快速的个性化奠定基础。

植入式电刺激装置对于通过电刺激促进神经元活动和组织再生至关重要。因此，这些装置对于治疗各种神经退行性疾病(如帕金森病和阿尔茨海默病)至关重要。

然而，大多数最先进的生物电子植入物都需要刚性且笨重的电子设备，这些电子设备在机械上与神经和其他组织的精致结构不兼容，因此很难实时自由地改变为各种尺寸和形状。

此外，接线、更换电池和治疗后切除手术的需要会增加感染风险并使临床治疗变得复杂。

在本研究中，研究团队成功开发出一种柔性、仿生、轻质、可生物降解的生物电子纸，该生物电子纸可在制造后进行切割和定制，同时保留功能，从而可以简单快速地生产各种尺寸、形状、微观和宏观结构的生物电子植入物。

首先，他们合成了磁电纳米颗粒(MEN)，可以促进响应外部磁场的电刺激。合成的纳米颗粒采用“核@壳”结构的形式，将磁场转换为局部应变的磁致伸缩核心和将应变转换为电场的压电壳耦合在一起。

通过将MEN集成到电纺可生物降解纳米纤维(NF)中，该团队制作出一种纸状、可生物降解、多孔的无线电刺激器。体外实验进一步证明了该材料能够同时提供无线电刺激和促进神经元活动。

“开发的材料提供了根据个人需求和身体特征量身定制的个性化治疗方案，简化了治疗过程，增强了基于电刺激的临床应用的灵活性和多功能性，”博士后研究员兼第一作者JunKyuChoe说。

所制造的材料像纸一样柔韧且轻质。它可以沿着复杂的表面紧密附着，例如人脑模型的曲面。值得注意的是，它还可以被切割成任意形状和尺寸，同时保留其功能。

此外，它还表现出极高的柔韧性，足以制造圆柱形神经导管来再生神经，其弯曲半径为400µm。

研究团队表示：“这项工作为开发灵活且可生物降解的无线生物电子植入物提供了一种有前途的策略，可以根据各种临床和身体情况进行简单定制。

“纳米级磁电和可生物降解纤维材料的结合比传统的系统级无线电子设备更具优势，因为传统的系统级无线电子设备依赖于庞大部件的复杂组装，而这些部件在制造后无法重新设计。”

Kim教授表示：“从原则上来说，生物电子纸可以简单地定制为几十厘米的器官尺度，或小型化到亚微米尺度，以进行微创手术，因为磁电性或微结构不依赖于其尺度。

“总的来说，我们的生物电子论文具有简单而广泛的适用性，可以为微创和可生物降解的无线生物电子植入物开辟新的方案。”