【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室在定向结晶化蚕丝蛋白电子神经界面研究方面取得了重要进展。研究团队突破了传统蚕丝蛋白电子器件在水环境中易变形失效的限制，通过定向结晶物理改性技术调控蚕丝蛋白在湿润条件下的溶胀特性，结合微纳加工工艺制备了神经电子器件，成功实现了在体电生理稳定记录，并高灵敏地识别出癫痫疾病中的高频震荡波信号。相关研究成果以“Silk fibroin-based bioelectronic devices for high-sensitivity, stable, and prolonged in vivo recording”发表在2024年10月17日的学术期刊《Biosensors and Bioelectronics》上(Biosensors and Bioelectronics, 2025，(267)，116853；10.1016/j.bios.2024.116853)。
提升植入式生物电子器件的生物相容性和界面适应性，可以有效降低长期植入带来的不适与组织损伤，拓展其在便携电子、人机交互和智能医疗等领域的应用。蚕丝蛋白具有良好的机械柔韧性、高生物相容性、可调生物降解性和优良介电特性，被广泛应用于生物电子领域。但是在实际水环境与体液环境中，由于水分子对蛋白材料的氢键破坏，易造成蛋白材料的溶解或溶胀变形，进而导致表面功能结构的撕裂和损坏，存在长期在体应用的限制。
针对以上挑战，中国科学院上海微系统所团队提出使用定向结晶物理改性方法提升蚕丝蛋白材料在体稳定性的策略。通过对水蒸气交联蛋白材料进行特定方向的拉伸固定处理，增加蛋白β-sheet结构在拉伸方向的结晶度，增加其对氢键破坏的抗性，使其遇水不溶胀，从而确保蛋白膜表面功能结构在体内等湿润环境中不断裂。在此基础上，研究团队通过微机电系统(MEMS)工艺构建了系列不同功能的定向结晶化蚕丝蛋白电子器件。结果显示，蚕丝蛋白电子器件能够在体外水环境中稳定运行超过40天，并能实现小鼠体内超过7天的高灵敏肌电信号记录。此外，充分利用蛋白材料力学性能可调的特性，蛋白电子器件可以与动物组织紧密贴附，从而实现对癫痫模型中的高频振荡脑电信号的高分辨检测。该项研究成果表明：定向结晶化蚕丝蛋白材料为制备具有高度界面适应性与长期在体稳定工作的神经电子器件提供重要的途径与参考。
图1 基于定向结晶化蚕丝蛋白电子器件的设计、制备，并应用于皮下肌电信号的高灵敏监测与癫痫高频振荡脑电信号的高分辨检测
中国科学院上海微系统所为该论文的第一完成单位和通讯单位，杨会然博士、朱子懿为该论文的共同第一作者，通讯作者为李孟研究员、陶虎研究员、柳克银副研究员和魏晓玲研究员。该研究工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、上海市级重大专项、中国科学院上海分院基础研究特区计划等相关研究计划的支持。
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