导电聚合物基复合材料植入治疗:从先进的药物输送系统微创电子产品

文摘

导电聚合物基复合材料最近在学术研究和工业实践变得受欢迎由于其高导电性,缓解的过程,和可调电特性。多功能导电聚合物基复合材料表现出巨大的应用潜力体内疗法和植入式电子产品,包括药物输送、神经接口,微创电子产品。在这篇文献回顾中,提到生物领域的最先进的聚合物基复合材料进行讨论和总结。最近进展的合成、结构、性质、和聚合物基复合材料的应用进行介绍,旨在揭示了组织性能的关系和相应的功能性导电聚合物基复合材料的应用。此外,植入方面的重要问题和挑战本文突出显示了这些复合材料的性能。

1。介绍

导电聚合物(CPs)可以被称为复合材料组成的聚合组件和导电组件。CPs的聚合组件和导电组件可以安排在不同的结构和配置,例如,混合、涂料、和层次,获得设计功能。本质上不同于CPs,导电聚合物(icp)可以通过他们独特的交替传输电子和空穴single-and-double-bond在主链结构,添加另一个导电阶段并不是必要的。icp的发现可以追溯到1850年代随着聚苯胺的引入(1由亨利Letheby),但在1970年代才聚苯胺(PANI)和其它导电聚合物如聚吡咯(PPy) polythiophene,和聚乙炔受到强烈关注科学和工业社区由于突破Heeger完成的工作,MacDiarmid,方明(2]。导电聚合物是有机聚合物,可以导电,是有别于传统的聚合物,如聚乙烯和天然橡胶,由于他们的不寻常的电化学和光学性质,icp大大受益我们社会在能量存储等应用程序(3],超级电容器[4,5),场致发射6),生物传感器(7),气体传感器(8),和组织工程9]。化学合成和电化学合成通常是两种主要的方法来合成icp;特别是电化学合成中发挥了关键作用的icp微调的聚合物结构、成分和电化学性能。发表的几篇文章和评论的合成、性质和应用程序的icp (10,11]。然而,实现广泛的适用性,优秀的机械性能、易加工性,高性能电子、传感、储能功能所需的下一代导电聚合物基复合材料。

大部分聚合物相比,所形成的聚合物基复合材料进行混合或混合icp与其他材料将人们的注意力吸引了过来,和每个组件的属性可以有效的集成来实现多功能性(12]。各种策略也已经被开发出来,以合成导电聚合物基复合材料,如电合成在一个绝缘聚合物的存在8纤维),封装(13),整合其他二次纳米粒子形成导电聚合物纳米复合材料14),electropolymerization不同的单体(如苯胺和3,4-ethylenedioxythiophene) (15],搀杂剂可以与多个函数的利用(如二硫生物素)16),原位集成期间贵金属制备的氧化聚合(如铂制备)17]。造成不同的组件的协同效应,显示multifunctionalized属性和增强聚合物基复合材料进行力学性能和加工性能。复合材料的结构、界面附着力之间的导电聚合物和其他组件,和合成策略将极大地影响的导电聚合物基复合材料的性能及应用。

尽管人们普遍认为人体神经通信的重要组成部分产生的动作电位在突触,随后的一代的电荷信号传输中起着至关重要的作用和模拟的神经细胞。icp在生物电子学的应用很有吸引力,因为它们内在的生物相容性和机械软实现电子之间的保形匹配和组织(FBR)减少异物反应。icp的生物相容性进行了广泛的调查在体外和体内。报告结果确实证明了icp,尤其是PPy和聚(材料间是的运动(PEDOT),具有良好的生物相容性与细胞、组织和器官(18- - - - - -23]。Vaitkuviene等人表明,PPy纳米粒子合成了氧化聚合几乎没有细胞毒性的主要展出小鼠胚胎成纤维细胞,小鼠肝癌细胞株,和人类T淋巴细胞Jurkat细胞系在低浓度(9.7μ克毫升¹)[19]。他们也证明了PPy-modified黄金表面表现出良好的生物相容性,以支持的粘附和增殖老鼠骨骨髓来源干细胞,类似于裸露的黄金和聚苯乙烯表面(20.]。王等人报道,PPy提取解决方案没有跟踪的急性和亚急性毒性,pyretogen,溶血,过敏原,诱变。雪旺细胞的PPy提取解决方案还显示更高的生存和增殖率比生理盐水;他们还测试了植入的慢性效应PPy-coated硅胶管连接切断坐骨神经。结果表明,PPy-coated硅胶管只能提高神经组织再生和诱导光炎症植入(6个月后21]。乔治等人伪造PPy植入物掺杂聚苯乙烯磺酸钠(PSS)或钠进行(NaDBS)和PPy植入手术植入到老鼠的大脑皮层。减少胶质增生和增强tissue-implant相互作用被发现在PPy植入后3周或6周植入,这在大多数情况下优于聚四氟乙烯植入物的控制22]。此外,Ramanaviciene等人表明,化学合成PPy纳米颗粒显示任何细胞毒性影响小鼠腹膜细胞和脾脏的影响,肾脏或肝脏指数和几种血液参数的老鼠。根据他们的观察,PPy纳米粒子也诱导没有过敏反应和炎症可以发现在老鼠的腹膜后的第六周注射PPy纳米颗粒(23]。相对良好的生物相容性的化学和电化学合成icp使他们适合医学仿生学和植入电极,高导电性,低阻抗,无缝集成的生物分子需要建立一个综合tissue-electrode接口(24,25]。

然而,一些缺陷与icp和复合材料,阻碍他们的生物应用,如机械强度低、低灵敏度和选择性,低稳定性。为了克服icp的局限性,不同的方法和策略已经使用,结果仔细调查,包括(i)导电聚合物的化学表面改性与生理活性物种;(26)(ii)混合与其他绝缘的聚合物具有良好的机械性能,如biomass-derived和可生物降解的聚合物如PDLLA [27),壳聚糖(28),胶原蛋白(29日),纤维素(13)和多糖(30.];(3)利用纳米导电聚合物如纳米颗粒,纳米管,纳米线,纳米纤维;(11)和(iv)使用的物理和共价表面涂层技术使用导电聚合物作为基质或涂料(13]。和生物相容性的聚合物在生物组织也使用不同的评估方法,如“体外”化验(31日]。毕竟,icp及其复合材料角度看未来在生物应用中,尤其是植入式设备和cyborg组织。

一些评论文章已经发表在icp用于生物医学(32,33),组织工程(9),和生物传感器34,35]。在本文中,我们主要专注于导电聚合物基复合材料和致力于总结他们的结构,性质,在生物领域和应用程序,包括药物输送、神经接口,组织工程。

2。聚合物基复合材料进行药物输送

一个有效的药物输送系统,可以实现药物靶向身体网站和控制药物释放速率恰恰能够提高治疗效果和减少副作用36,37]。构建这样的药物输送系统一直梦想和变得越来越实际的发展各种聚合物的交付系统。从非生物降解的diffusion-controlled膜(38)生物降解系统与扩散和聚合物基质降解[39),聚合物输送系统已经显示出巨大的利益在药物输送和释放。自1980年代以来,一种有效的基于icp和智能给药系统开发(40,41]。造成他们的固有电、磁和光学性质,icp,尤其是他们的复合材料,有望用作下一代stimuli-responsive药物输送系统足够聪明来调整释放率根据组织微环境的变化。各种icp,包括PPy及其衍生物、聚苯胺(42,PEDOT及其衍生物(43),被用来构造新的聚合物药物输送系统。icp还显示有前途的生物相容性,与不同的生物组织44),进一步证明了他们的应用程序潜在的药物输送系统的制造。

在药物输送系统,使用icp明显掺杂剂的选择和限制装载药物的分子量。消除这些障碍,化学改性或物理涂层方法已经被使用。例如,乔治等人修改的表面通过biotin-streptavidin耦合(PPy45]。由于附加任何biotin-labeled化合物的能力,桥梁链霉亲和素生物素化的药物和PPy(图1(一))。修改后的PPy复合材料显示高稳定和控制药物释放过程。不同的化学表面改性,Abidian和他的同事报道了电化学口供PPy或PEDOT纳米管药物,实际上电纺生物可降解聚(L-lactide)(丙交脂)或聚(lactide-co-glycolide) (PLGA)(图1 (b))。这种纳米导电聚合物复合材料可用于释放地塞米松与电刺激(43]。地塞米松的控释也报道了Wadhwa et al。41)在他们的研究中,地塞米松磷酸二钠(图的前体药物1 (c))作为掺杂剂在金色涂布PPy其次是涂料PPy盖玻片(电极)。地塞米松的释放是由循环伏安法(CV)和交替的积极和消极的潜力。在这项研究中,0.5μ克/厘米²地塞米松可以每次简历后释放周期和共有近16μ克/厘米²可以发布30简历周期后(图1 (d))。进一步加强的药物释放性能和载药能力icp, Woeppel等人报道的使用功能化带负电荷的多孔二氧化硅纳米颗粒作为PEDOT的掺杂剂(46]。硅nanoparticle-doped PEDOT显示显著提高阿霉素(阿霉素)发布概要文件(高达7倍高于控制)通过应用电刺激;不同种类的药物,如荧光素和DNQX已经加载到多孔硅nanoparticle-doped PEDOT体内,并演示了可控释放的概要文件。生物活性掺杂物,如神经生长因子、脑源性神经营养因子,也可以直接纳入PPy矩阵和PEDOT促进神经突产物体外(47,48]。总之,化学改性的聚合物基质涂层导电聚合物在药物生物可降解聚合物衬底,或前药改造已被证明是有效的方法在制备导电聚合物composite-based药物输送系统。

进行polymer-hydrogel混合也合成和应用于电化学控制药物输送系统。由于膨润度高、亲水性和快速响应外界刺激如应变、pH值、温度,提出了水凝胶作为药物输送合适的材料应用程序(49,50]。集成的导电聚合物水凝胶和复合材料可能赋予智能功能,例如,可切换的交付模式(开关)和控制drug-releasing率。导电聚合物聚苯胺(如51,52]和PPy [53,54]electropolymerized增长内部或表面上不同的水凝胶。Semi-interpenetrating PANI-polyacrylamide水凝胶复合材料是由里拉和de Torresi和电化学控制释放红色染料已经证明在本研究52]。发现红色染料的释放不仅影响了复合材料的物理和化学性质,而且电化学过程。在另一个工作,药物PPy纳米粒子悬浮在一个鬼屋方面的水凝胶(聚[(D, L-lactic酸)有限公司-(羟基乙酸)]-b-poly(环氧乙烷)-b-poly - [(D, L-lactic酸)有限公司-(羟基乙酸)](PLGA-PEG-PLGA)),这是一种液体在低温下不成为一个凝胶在体温,如图2(54]。复合材料获得的优势导电聚合物和水凝胶的溶胶-凝胶转变,表现出双重刺激(温度和电场)响应性,可以用来触发敏感dosage-controlled释放药物。等进行polymer-hydrogel系统PANI-polysaccharide水凝胶(30.),PPy-alginate水凝胶(53],chitosan-graft-PANI-oxidized葡聚糖水凝胶(55)也一直在评估识别潜在的药物输送应用。最近,近红外光和pH值双重响应药复合材料PANI-biodegradable聚(乙二醇)聚(ε己内酯)(PEG5k-PCL10k)嵌段共聚物和卵磷脂用于控制释放顺铂为你和他的同事42]。

如今,有一个增加的趋势在导电聚合物基复合材料的制造药物输送。然而,大多数icp及其复合材料是不能生物降解,这被认为是一个主要的缺点ICP-based药物输送系统,和一个postdelivery过程需要删除药物载体。尽管一些可生物降解的导电聚合物复合材料已报告(56),它仍然是一个挑战来实现高导电率和适当的生物降解性。同时,导电聚合物复合材料,可以应对双重或多个刺激有望找到广泛应用在药物输送更精确控制释放率。

3所示。导电聚合物基复合电极的神经连接

神经系统的复杂性是由于成千上万的神经元网络和支持细胞,工作同步处理内部和外部线索,导致运动,情绪,视线,演讲,和听力。很重要知道神经网络的机制和治疗一些神经疾病理解神经系统,已从事科学家的利益。神经接口电气设备之间充当媒介和神经组织。换句话说,神经接口是一个生物和电子系统之间接口的工具,允许监视和操作的神经回路,正常和病理结构提供了基础。神经网络的信息和他们的应对提供的有效生物活性材料神经电极。当植入大脑,神经电极可以记录神经元的信号为研究大脑的机制,也可以给大脑的退化组织有效刺激治疗神经系统疾病如帕金森病、癫痫、耳聋、失明、和运动障碍。因此,它是至关重要的对神经研究可靠的信号从大脑神经系统的准确分析和选择性刺激。对于临床诊断,它需要一个神经电极具有高导电率,低阻抗,和良好的生物相容性。传统的神经电极大多是由贵金属和不能胜任长期植入和信号记录由于机械僵硬的金属电极之间的不匹配( - - - - - -530 GPa (57神经组织()和软 - - - - - -3.7 kPa [58), - - - - - -6.3 kPa [59),而 - - - - - -840 kPa [60,61年])。电极之间的机械不匹配和神经组织可能引起重大FBR electrode-neural组织界面,导致两电极的故障和周围的组织。当前研究的目的是生产稳定,小,高密度微电极以提高记录和刺激选择性的体外和体内应用。开展植入神经电极的精确和选择性,减少不必要的损伤的神经组织,神经电极的制造更小的几何尺寸,如微电极,广泛适应。然而,小几何尺寸也限制了微电极的电功能,和增加阻抗和减少电荷注入属性相关的微电极相比,笨重的。为了解决这个问题,微电极可以小型化的几何表面形成导电,多孔性,生物相容性的纳米结构(62年]。

策略来提高电化学表面积而维护所需的几何区域包括粗糙微电极和微电极涂层的发展到传统平面微电极材料如金和铂。金属电极(金、铂、银)涂层通过化学和电化学沉积导电材料。导电材料包括石墨烯和氧化石墨烯(去)63年),氧化铱——_x)[64年),碳纳米管(碳纳米管)65年],icp (66年]。icp与高导电性、优良的电荷传输能力,和良好的生物相容性被推测为有前途的电极材料为下一代神经电子减少神经连接阻抗。很少有研究关注的外套icp像PPy67年聚苯胺(),68年],PEDOT [69年)表面上的金属微电极以提高其电化学性能,被认为是简单而有效的。与金属裸电极相比,修改后的神经电极的阻抗变小后由于增加了电化学表面积icp的沉积。例如,周等人伪造PEDOT和多层碳纳米管(MWCNT)合成薄膜和涂层在铂微电极不同的电化学沉积方法,即。,恒电流和恒电势的70年]。相比PEDOT / MWCNT涂层形成的恒电势的方法,恒电流法的PEDOT / MWCNT电影显示出纠结的棒组成的多孔形态与一个较小的平均直径(~ 50 nm)。的阻抗PEDOT / MWCNT-coated微电极的两种方法表现出近两个数量级低于裸铂微电极在1 kHz。1 kHz的阻抗是一个典型的参数来评估神经电极的功能,因为它与电力消耗的电刺激神经组织和神经动作电位。然而,微电极上的电感耦合高频等离子涂层的稳定性也很重要实现长期监测的神经组织。很少有研究关注解决这些问题通过掺杂无机和有机物质到ICP涂层之间的附着力增强ICP电影和基质,提高电极的生物相容性的神经组织。例如,Bodart等人聚合PEDOT: tetrafluoroborate (PEDOT:男朋友₄)到铂神经电极通过使用三种不同的溶剂,即。碳酸丙烯酯(PC),乙腈(ACN)和水(71年]。的机械和电化学稳定性的合成电极随后被分析。结果表明,PEDOT:男朋友₄铂铱涂层沉积在有机溶剂(PtIr)微电极保持身体稳定5分钟后声波降解法和留存80%以上的电荷存储能力(CSC),涂层沉积在去离子水脱离PtIr微电极后2 - 3分钟的声波降解法。在PBS(浸泡后 )解决了两个星期,阻抗PEDOT-coated微电极在PC和ACN获得大幅增加,但仍低于裸PtIr电极。他们得出的结论是,PEDOT: PtIr电极涂层的男朋友₄有机溶剂的电影显示更好的稳定性在超声破碎法,PBS浸泡,和蒸汽灭菌比PEDOT:男朋友₄从水涂层。崔等人电化学聚合PPy和生物分子(丝状的聚合物有纤连蛋白片段(SLPF)和九肽CDPGYIGSR)在金电极的神经探针(72年]。除了更好的性能比裸电极的电性质,更多的细胞( 细胞/网站)种植PPy / SLPF-coated比在裸金电极。他们还发现,人类神经母细胞瘤细胞倾向于种子到PPy / CDPGYIGSR-modified电极选择性电极相比,涂以PPy / CH₃首席运营官⁻(图3)。它表明通过掺杂不同的生物分子在神经电极的导电聚合物涂层沉积,细胞行为的神经电极可以介导促进形成集成tissue-electronic接口。

进一步降低电极和组织之间的机械不匹配,并实现所谓的保形electronic-tissue接口,软底物如聚对二甲苯C [73年),聚二甲基硅氧烷(PDMS) (74年],SU-8 [75年],聚酰亚胺(PI) [76年],蚕丝蛋白(77年)可以制造了弹性和高导电神经电极。相比金属衬底,π,SU-8,聚对二甲苯C和PDMS收购更小杨氏模8.45绩点,5.6的绩点,平均绩点4.0,和1.0 MPa。这些材料可以用来制造柔性神经电极不同的形状和大小与提高微创植入的保形匹配。例如,Heo等人制作一个基于π纳米纤维- (NF)神经接口具有高灵活性和渗透稳定的神经信号记录(78年]。神经接口他们设计由一个πNF衬底,电子连接垫由银纳米粒子,和PEDOT:保利(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS)作为先进的导电层(图4)。他们证明了适用于NF-based神经电极显示电化学性能优于传统的袖口电极。它能够记录神经信号在很长一段时间,即。植入后12周。

4所示。导电聚合物的电子来微创电子产品

icp,比如PPy [79年]和PEDOT [80年),可以作为柔性电子的电极材料。他们的主要优势包括生物相容性和巨大的表面积,从而导致更高的体内电荷转移能力(81年]。各种生物分子,如酶、DNA、生长因子和抗体,可以随时会被纳入icp通过电化学聚合的刺激来提高生物信号的采集82年- - - - - -85年]。另一方面,CP-based柔性电极的设计组织也可以通过合并来实现金属或碳基纳米粒子成弹性体,如PDMS或styrene-butadiene-styrene (SBS) [86年]。使CP-based灵活和可伸缩的电子产品的另一种方法是微流控通道内注入液态金属合金,例如,填充的共晶镓-铟PDMS频道。

Bioresorbable大分子和聚合物可以作为基板的制造CP-based生物电子学。bioresorbable材料的利用率来构造bioresorbable电子可以有效地消除长期植入的副作用如美联储和不利的生物膜的形成87年]。基质层bioresorbable电子可以由天然或合成的聚合物具有可调降解特性。例如,天然蛋白质蚕丝蛋白(88年)可退化成自然氨基酸酶体内。另外,bioresorbable合成聚合物,如PLGA,也可以使用。天然聚合物的优点包括更高的生物相容性,降低FBR,和更高的机械强度。缺点包括更高的成本和更低的加工性能。与天然聚合物相比,合成聚合物显示优势包括可控降解率和低成本89年]。

的导电组件CP-based生物电子学,如半导体和绝缘体,可以由硅和二氧化硅,这将降解成无毒Si(哦)₄在生理的解决方案,和溶解率依赖于厚度。金属导体,黄金和白金的生物相容性好,但他们不降解。镁和锌可以迅速溶解,降解产物氢氧化镁,氧化锌,可以很容易地通过人体(90年]。钨、钼和铁也可以溶解,但溶解速率慢,降解产物是铁氧化物或氢氧化物和钨和钼氧化物(88年]。因此,金属导体可能需要选择根据bioresorbable电子的寿命。锌和镁适合短期植入,钨、钼和铁适合长期植入(91年]。

柔性聚合物基质和导电材料可以集成制造CP-based bioresorbable电子在不同的结构和配置实现微创植入,例如,可注射生物电子学。典型结构的可注射生物电子学是圆柱形,组成的芯片和集成电子元件如半导体电子元件、电磁microcoils和混合电荷存储电容器。所有的电子元件可注射生物电子学相结合的薄膜集成电路芯片。金属电极两端的扩展设备,作为刺激激活电极附近的神经或肌肉运动(92年]。随着注射生物电子学的发展,网状电子植入物被发现有良好的机械和结构性质,被广泛应用于神经研究,例如,单一神经元的慢性记录清醒小鼠视网膜的(93年]和无缝syringe-injectable网电子以最小的大脑监测慢性免疫反应(94年]。Mesh-shape灵活生物电子学提供新的解决方案的信号记录和刺激大脑组织植入期间,他们可以避免问题等传统刚性钢丝形状电极机械不匹配和FBR [93年- - - - - -99年]。独特的大孔形态与亚微米厚度和cell-scale-wide网格元素可以实现稳定和无缝集成组织由于其独特的机械和结构属性(94年,95年,97年]。先前的研究在mesh-shape电子还演示了稳定的慢性记录单神经元水平至少八个月(91年]。

要点与标准网电子产品的结构设计中突出显示的数字5(一)和5(b) (One hundred.]。周期单元结构构造的标准网电子探针(数字5(一)和5(b))。网格的单元细胞由纵向面向元素注入方向和横向平行元素在一个角度相对于纵向45°方向(图5(b))94年,96年- - - - - -99年]。纵向元素组合结构,组成的黄金互联的夹在两层可以使光刻胶的生物相容性SU-8 [101年]。纵向元素的一端连接到传感器或刺激如金属电极(94年- - - - - -98年,102年]或纳米线晶体管(95年,102年,103年),另一端连接到一个输入/输出(I / O)垫。横向元素可能由两个SU-8层总厚度约800海里,宽20μ米(95年]。横向元素确定整体网状结构的横向弯曲刚度,相应地,它还决定了网格的起伏程度调查时被加载到针。毕竟,纵向和横向的纵向抗弯刚度元素有助于网调查,和足够的纵向抗弯刚度可能维持期间的总体线性结构网电子注入(95年,96年]。

除了是因为结构、仿生neuron-like结构植入式生物电子学也提出了杨et al。104年]neuron-like电子单元(欧元区)结构和机械模仿神经元在亚细胞水平。SU-8的光阻和S1805用作聚合阶段,而铬、金和铂被用作导电相的NeuE。金属块NeuE记录的大小也与有针对性的神经细胞。neuron-like互联的轴突结构有类似的灵活性。和薄的聚合物层绝缘的结构也类似于髓鞘。这两种功能促进传播的电信号从神经细胞到电极。幻也可以组装成一个开放的三维neuron-like电子网络结构和形态模仿自然神经网络。然而,植入式生物电子学的属性和功能设计的结构是密切相关的。在最近的研究中,是因为微创电子经常报道ultraflexible结构,一方面可以由毛细针,另一方面是完全适应大脑组织的非平面的表面。组成SU-8 ultraflexible网电子聚合物层和金属电极可以减少星形胶质细胞和神经胶质细胞的积累94年,95年]。与此同时,它还可以减少胶质瘢痕(图6(一)),导致大脑中很少或没有慢性免疫反应(94年,105年]。植入过程是由ultra-small-size针;因此,最小损伤诱导的植入网站(93年,94年]。目标组织注入设备,ultraflexible mesh-shape电子预加载在一个玻璃毛细管针,然后注入到目标站点,网电子展开(图6 (b))[93年,95年]。网电子的注入量之间的匹配和收缩的针注射后被证明是关键因素提供网电子目标组织的构象(图6 (c))[96年]。另一方面,使用的针和大小可以进一步减少损伤较小的探测应用于组织和维持原来的注射过程中血管和细胞结构。几种方法已报告减少探针的大小,例如,ultraflexible利用率的二维(2 d)和一维(1 d)探测器已被证明是有效地降低电子的横向弯曲刚度,可以透过玻璃注射针内径小100μm和170的外直径μ米(One hundred.]。在另一项研究中,奈米电子线的设备(净)据报道获得极小的大小(105年]。的epoxy-based SU-8用作聚合阶段,而黄金和铂金被用作导电网络的互联和电极。NET-50显示1的总厚度μ50米,平均宽度μ净重10 m,显示的横截面积 。由于非常小的厚度,NET-50的抗弯刚度和净重10远低于典型的硅,碳纤维,π,聚对二甲苯C探测器(图6 (d))。最近,刘等人表明,纵向和横向弯曲刚度的mesh-shape电子、和 ,依赖于纵向和横向之间的角元素(如图5(b))95年]。当 , 和是 和~ 10²分别nN·m。的抗弯刚度注入网电子可以减少到0.087 nN·m。抗弯刚度是进一步减少到10^-15年N·m²利用网络结构,实现无疤痕神经胶质阻隔集成(105年]。此外,仿生neuron-like电子的抗弯刚度下降5 - 20倍相比其他先进的网电子设计,并且在结构上和功能上植入后就可以形成稳定tissue-electronic接口(104年]。

电子性质如稳定的阻抗和大信噪比(信噪比)也达到一个高度集成的关键tissue-electronic慢性和实时监控界面。净探头的阻抗约为750 kΩ植入后,下降到600 k左右Ω在第1.5个月。阻抗被观察到在接下来的2.5个月保持稳定伴随着低噪音水平(图6 (e))[105年]。可分类的单一机组动作电位(APs)稳定的平均振幅和信噪比也可以通过网络调查的整个实验周期4个月(图6 (f))。另一方面,网电子显示高生物相容性而灵活的薄膜探测器根据免疫组织化学特征,作为神经元somata相对应的荧光强度要高得多的表面附近网电子(图6 (g)),星形胶质细胞和小胶质细胞的强度低得多(94年,97年,104年]。控制网电子的注入也实现了立体定位手术站配备了注射泵,ca和空间精度。20μ米已经实现。随后,100%多通道输入/输出(I / O)网电子和一个灵活的电缆之间的连接设备可以通过使用计算机控制的导电油墨印刷技术(96年]。

CP-based注射电子以最小的侵袭性神经研究有很大的潜力和大脑神经美联社记录(记录单机制等95年),大脑映射(97年,106年),和生化传感107年)这可能促进建立下一代的脑机接口基本神经科学和治疗(108年]。通过最大限度地减少在植入组织损伤,减少慢性免疫反应,CP-based注射电子可以作为体内长期监测平台(109年),可以检索的生理信号从深层大脑区域110年]。CP-based注射电子也可以集成的无线设备,无线光遗传学的应用(111年]。

5。结论和未来的工作

在整合聚合物和金属导率的灵活性,CP-based复合材料显示体内治疗的应用前景和植入式电子,包括药物输送、神经接口,可注射的电子产品。icp可以利用的生物相容性,可调、可控先进交付平台的体内靶向运输带负电荷的药物分子。他们还可以结合其他功能材料如金属电极和水凝胶形成的多功能复合材料组织监测、刺激和药物输送。高性能神经记录电极显著提高生物相容性和灵敏度可以通过涂料制造纳米icp到金属电极。灵活的电子产品,保形符合组织的表皮层也可以获得的涂层聚合物基质的icp使用各种技术,如光刻、喷墨印刷和电镀。另一方面,ultraflexible CP-based复合材料可以通过集成聚合光阻与金属电极在不同的结构和配置,如网,形如形状。的ultraflexible CP-based复合材料可以进一步利用作为微创注射电子注入和显示慢性高性能录音,神经监测,single-neuron-level大脑映射。进一步将实验室技术转化为治疗性应用,机械性能和化学稳定性的icp可能需要改进药物输送。icp的长期性能和印刷的图案精密电子产品可能需要进一步完善灵活的电子产品。最后,生物相容性的担忧CP-based注射电子等也会出现自高交联非降解性SU-8和金属铬的生物毒性。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认金融支持来自中山大学、中国博士后基金会(2018 m633230),中国国家自然科学基金(81801851)和广东省科学技术厅(2018 a030310075)。

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