水凝胶

近年来，高含水、低模量、生物相容的水凝胶是理想的神经界面候选材料，但受限于微加工难度大、电学性能不足，如何通过分子与结构协同设计，兼顾微纳加工能力、高效电荷传导及长期体内稳定性，是水凝胶植入式神经接口面临的关键挑战。

这项研究提出了一种不同于传统“增强交联”或“增加粘附基团”的水凝胶设计思路。

图1HEBH水凝胶的设计理念与多组织应用场景

该材料通过调控氢键在体相和界面之间的空间分布，实现了高体相强度与强湿态粘附的同步提升，为高性能组织封闭与修复水凝胶的设计提供了新的思路。

该工作聚焦高生物相容性水凝胶神经界面的开发与优化，为突破水凝胶电极器件在微纳加工、电学性能及体内长期稳定性方面的技术瓶颈，提供了创新思路与可行方案。

有限元模拟与体外动态实验证实，该水凝胶电极能够随组织形变实现共形贴合，几乎不产生剪切损伤，展现出优异的动态软组织适配能力。

研究团队从仿生角度出发，设计出与神经元细胞尺寸、力学、含水及三维拓扑高度匹配的全水凝胶电极体系，通过系统对比刚性电极与类神经元水凝胶纤维植入后引发的脑组织异物反应差异，明确了尺寸、模量、弯曲刚度等关键参数对生物相容性的影响，为低免疫神经界面的构建提供了清晰的设计依据。

研究团队以微创手术将16通道全水凝胶电极阵列植入小鼠运动皮层，术后超声成像显示电极状态稳定，能够在静息、麻醉、觉醒与剧烈运动等多种行为状态下，清晰采集高信噪比的单神经元锋电位，并精准解析神经元放电频率、功率谱密度及峰间间隔分布，完整反映大脑在不同行为模式下的神经活动规律。

长期在体实验结果表明，该全水凝胶电极阵列植入16周后未引发明显的胶质增生与免疫炎症反应，周围神经元分布正常，展现出极致的生物相容性。

团队曾提出了基于间隙液压与流体动压协同作用的水凝胶润滑模型，为水凝胶摩擦学性能的优化设计提供了重要理论支撑。

针对这一挑战，团队长期深耕生物摩擦学领域，围绕水凝胶润滑机理与材料设计开展了系统研究。

同时，团队与宁波大学教授赵传壮团队合作，还成功开发出耐磨性能超越传统钛合金的高性能水凝胶材料。

HEBH在压缩、拉伸和压痕测试中均表现出优于传统水凝胶的力学性能，包括明显的应变硬化、更高的拉伸应力、良好的延展性以及更强的能量耗散能力。

图3HEBH水凝胶的力学性能与多尺度模拟分析

图6HEBH水凝胶促进皮肤创面修复

图5HEBH水凝胶促进口腔黏膜溃疡修复