综述：多功能水凝胶材料在先进神经接口中的应用

（编辑推荐）本综述系统阐述了多功能水凝胶材料在神经接口技术中的突破性应用，聚焦其组织相容性（biocompatibility）、离子导电性（ionic conductivity）和力学适配性（mechanical compliance）等特性，涵盖水凝胶涂层（hydrogel coatings）、导电电极（conductive electrodes）及集成电子器件（integrated electronics）三大技术方向，为脑机接口（BCI）、神经修复（neural prosthetics）和神经调控（neuromodulation）领域提供革新性解决方案。

　　

Abstract

传统刚性神经电极与柔软湿润的神经组织存在力学失配，而兼具组织样柔顺性、离子导电性和生物相容性的多功能水凝胶成为解决这一难题的关键。研究表明，优化水凝胶的机械顺应性（Young's modulus <10 kPa）、界面粘附力（adhesion strength >50 J/m²）和电导率（ionic conductivity >1 S/m）可显著提升神经信号采集效率。近期开发的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）复合水凝胶电极，其电荷存储容量（CSC）达40 mC/cm²，远超传统金属电极。

Graphical Abstract

通过智能响应型水凝胶（如pH/温度响应型）与微流控技术的结合，新一代神经接口器件已实现动态刚度调节（storage modulus G'从1 kPa到100 kPa可调）。特别值得注意的是，负载神经营养因子（如BDNF）的可注射水凝胶在脊髓损伤模型中展现出轴突再生长度增加300%的显著效果。

Conflict of Interest

当前技术瓶颈在于平衡降解速率（degradation rate <0.1%/day）与长期稳定性（>5年），而人工智能辅助的分子设计（如机器学习预测交联密度）和无线能量传输系统（wireless power transfer efficiency >80%）将成为未来突破方向。这类材料在癫痫闭环调控（seizure suppression efficiency >90%）和帕金森病深部脑刺激（DBS）等临床应用中已进入动物实验阶段。