他，三年兩篇《Nature》！

長期植入式生物電子設備為腦機接口、神經調控和慢性疾病管理提供了關鍵技術手段，但傳統植入式電極存在剛性大、不可移動、易引發組織排異等問題，限制了其在動態生理環境中的長期穩定監測。

現有柔性或可拉伸電極雖改善了機械匹配性，一旦植入仍無法調整位置，難以實現針對運動器官或生長中組織的持續精準信號捕獲，更無法避免二次手術帶來的創傷與風險。

中國科學院深圳先進技術研究院劉志遠研究員團隊與東華大學先進纖維材料全國重點實驗室朱美芳院士、嚴威研究員團隊合作，在國際頂級學術期刊 Nature 上發表了題為 A movable long-term implantable soft microfibre for dynamic bioelectronics 的最新研究成果。這是嚴威研究員繼2022年以第一作者在Nature發表首篇關于“聲學纖維”的論文后，再次在Nature期刊上發表的關于智能纖維的重要突破性工作。

受蚯蚓運動機制啟發，該團隊成功開發出一種名為“神經蠕蟲”（NeuroWorm）的可移動、可拉伸微纖維生物傳感平臺，實現了在腦組織和肌肉中長期、多通道、動態的電生理與生物力學信號監測。該器件支持磁控推進與微創植入，已在大鼠模型中實現超過43周的穩定工作，為下一代主動式生物電子系統奠定了堅實基礎。

神經蠕蟲采用獨特的卷繞工藝，將二維薄膜電極陣列轉化為一維纖維結構，實現在單根纖維上集成多達60個電極通道，同時具備信號檢測與應變傳感功能。其直徑僅約109μm，遠小于傳統二維膜電極所需切口，顯著降低了手術創傷。纖維楊氏模量為3.1 MPa，與軟組織接近，可承受94%的拉伸應變而不影響導電性能。

通過在頭部集成微型磁珠，神經蠕蟲可在外部磁場引導下于腦組織或肌肉中主動移動，實現植入后位置的動態調整，避免二次手術。實驗證明，其在兔腦內可成功規避血管，精準定位目標區域，并采集高質量的皮層腦電圖（ECoG）和局部場電位（LFP）信號。

神經蠕蟲可以在大鼠模型中持續工作超過43周，并且在工作過程中纖維阻抗變化小，信號質量穩定。在大鼠肌肉中植入54周后的組織學分析顯示，神經蠕蟲周圍的成纖維細胞包裹厚度小于23μm，幾乎無炎癥反應，而傳統不銹鋼電極周圍纖維化組織厚度超過451μm，免疫反應顯著。

該平臺還展現出優異的信號一致性、低串擾和可重復使用性，支持從多塊肌肉同步采集肌-電信號，并適應運動過程中的組織變形。植入后對動物步態無影響，信號質量在長期植入中保持穩定。

圖1 神經蠕蟲的設計、制作策略和演示。

圖2 神經蠕蟲的機械適應性

圖3 使用NeuroWorm系統對外周肌肉中電生理和機械信號進行長期植入式監測。

圖4 磁場控制下神經蠕蟲對大腦和皮下筋膜的動態探詢

圖5 神經蠕蟲在大腦和脊髓液中的運動示意圖

神經蠕蟲平臺首次將可移動、可拉伸、多模態傳感與長期生物相容性融為一體，建立了新一代植入式生物電子設備的技術范式。該平臺具備優異的機械柔韌性、生物相容性和磁控推進能力，突破了傳統植入式電極不可移動、易引發組織反應等局限，為下一代動態生物電子接口提供了切實可行的技術路徑。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝作者團隊支持