植入式神经电极长期服役面临的核心挑战之一，是植入后蛋白非特异性吸附、免疫细胞募集及胶质瘢痕包裹，神经电极被隔离在神经组织及其生理微环境之外，导致电极/神经界面融合与通讯失效（https://www.unilad.com/technology/news/first-neuralink-patient-says-85-percent-implant-detached-635152-20240524），不仅无法满足长效稳态神经信号读取和低阈值刺激，而且无法实现有效调控电极与神经组织相互行为以及监控周围生物微环境变化，例如在线监控周围化学信号、组织疾病演变等。
中国科学院理化技术研究所生物材料与应用技术研究中心张维团队前期研发出一种阳离子交替肽涂层（OG），该涂层具有长效抗蛋白/离子黏附、抑制异物反应、不影响电化学性能等特点，动物试验证明有效实现了300天稳定神经记录和低阈值刺激（Advanced Materials，原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74519），在电极与组织间重塑良好的生理微环境。近日，该团队联合首都医科大学北京天坛医院孟凡刚团队，在保留上述基本功能基础上进一步功能化神经电极界面（OGCbz），通过结合促神经元黏附肽IKVAV、抗EGFR抗体Cetuximab验证界面功能化的可行性，如图1所示。
图1. 神经电极融合界面功能化示意图
功能化神经电极界面仍具有抗蛋白/离子黏附性能、电化学阻抗也未发生显著变化，含有促神经元黏附肽的界面（OGIKV）促进了神经细胞黏附，增殖细胞核抗原（PCNA）表达上调；含有抗EGFR抗体的界面（OGCet）有效抑制胶质瘤细胞（U251）增殖，如图2所示。动物试验进一步证明，对比裸电极在植入2个月信号严重衰减，通用功能化涂层（OGCbz）连续6个月信号记录稳定，有效通道数和可检测神经元数量远超裸电极，功能化后有效保留原有涂层的基本性能。含有促神经元黏附肽的界面（OGIKV）在前3个月，神经元信号数量甚至优于OGCbz组，实现了IKVAV肽赋予界面主动神经元亲和能力，进一步提升信号采集质量，如图3所示。
图2. 功能化融合界面保留抗离子/蛋白黏附和电化学性能
图3. 电极长期植入阻抗与神经信号采集结果
该研究不仅实现了植入神经电极界面融合与长效稳态信号交互，而且证实了通过界面功能化可以有效调控界面细胞/组织相互作用行为，也为在线监控生物微环境中神经化学信号、组织疾病演变等行为提供可行性方案。相关工作发表在ACS Appl. Mater. Interfaces上。论文共同第一作者为中国科学院理化所博士研究生王磊和副研究员邵玫瑜，通讯作者为中国科学院理化所张维研究员、邵玫瑜副研究员和汤艳高级工程师。
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