《Advanced Functional Materials》：Thermoresponsive Soft and Self-Anchoring Cuff Electrode for Chronic Peripheral Interfaces
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袖套型神经接口广泛用于外周神经刺激和监测。传统的袖套电极通常需要缝合或刚性固定；这可能导致神经损伤和不稳定的电极接触，最终损害长期性能。为了解决这些问题，研究人员开发了一种热响应柔软自锚定（TSSA）袖套电极，该电极能够响应体温自动包裹神经。这一功能由形状记忆
袖套型神经接口广泛用于外周神经刺激和监测。传统的袖套电极通常需要缝合或刚性固定；这可能导致神经损伤和不稳定的电极接触，最终损害长期性能。为了解决这些问题，研究人员开发了一种热响应柔软自锚定（TSSA）袖套电极，该电极能够响应体温自动包裹神经。这一功能由形状记忆聚合物（SMP）基底实现，该基底设计为在接近生理温度时软化和变形，使电极能够自闭合并牢固固定，无需外力。此外，SMP提供温和而稳定的神经接触，从而增强生物相容性。使用大鼠坐骨神经的体内实验证明，研究人员能够可靠地记录机械诱发的神经反应长达16周，信噪比达到约10，且阻抗谱稳定。组织学和免疫组织化学分析显示，植入装置未引起明显的组织损伤或炎症反应。通过消除缝合需求并提供柔软、稳定的神经接触，该袖套电极代表了一种安全且耐用的慢性神经接口平台。所提出的技术在假肢和生物电子医学中具有巨大潜力。
### 论文解读：热响应柔软自锚定袖套电极在慢性外周神经接口中的应用
**研究背景与问题**
外周神经接口（PNI）是实现外周神经系统与外部设备双向通信的关键技术，广泛应用于运动功能恢复、假肢控制和慢性疼痛管理。其中，袖套电极因其能完全包裹神经、准确记录神经信号并调节神经活动，成为临床和研究的首选。然而，传统袖套电极依赖缝合或刚性机械固定，这不仅增加了手术复杂性，还可能导致神经压迫、缺血和纤维化，尤其在长期植入中，会引发组织损伤和电极接触不稳定，最终损害信号质量。此外，啮齿类动物神经直径极小（毫米至亚毫米级），缝合困难且电极放置精度要求极高，传统方法难以满足。现有自包裹电极设计多依赖外部激活（如流体注射、热刺激、电化学驱动）或复杂结构，限制了微型化与小神经的适用性。因此，研究人员旨在开发一种无需缝合、自适应神经尺寸、生物相容性优异的自锚定袖套电极。
**研究内容与结论**
本研究开发了一种热响应柔软自锚定（TSSA）袖套电极，利用形状记忆聚合物（SMP）双层结构实现体温响应自闭合。通过体外优化SMP组分（NGDE含量）和层厚（30-4 μm），使电极在室温保持平坦易操作，植入后2-3分钟内自动弯曲包裹神经，并提供自粘附固定。体内实验在Sprague Dawley大鼠坐骨神经上进行，证实该电极能可靠记录电刺激诱发的复合神经动作电位（CNAP）和机械刺激诱发的神经反应，且16周慢性记录中信号稳定，信噪比（SNR）达10.0，阻抗谱稳定。组织学与免疫组化分析显示，植入后1周出现短暂急性炎症反应（结缔组织增厚、Iba-1表达升高、MBP和NF信号下降），但8周后基本恢复至对照水平，无持续神经损伤。16周后电极结构完整，无降解或腐蚀。功能评估（坐骨功能指数，SFI）显示，植入后1周SFI下降（-26），但6周后恢复至基线，表明无长期功能损害。该研究发表在《Advanced Functional Materials》。
**关键技术方法**
研究人员采用以下关键技术：1）SMP合成：以聚(双酚A-co-表氯醇)、新戊二醇二缩水甘油醚（NGDE）和EC 301为原料，调控NGDE含量（32.9 wt.%）使玻璃化转变温度（Tg）接近体温；2）MEMS工艺：在硅片上沉积牺牲铜层，通过光刻、反应离子刻蚀、金属蒸发和双层SMP旋涂封装，制备7通道电极阵列；3）力学与热学表征：采用动态力学分析（DMA）和差示扫描量热法（DSC）确定SMP模量变化与Tg，利用T-peel测试和拉力测试评价粘附力与固定强度；4）动物实验：使用Sprague Dawley大鼠（8周龄，约360 g）坐骨神经模型，进行电刺激（钨钩电极，0.1-1.0 mA，100 μs双相脉冲）和机械刺激（von Frey纤维，58.8-588 mN），记录神经信号并计算SNR；5）组织学分析：H&E染色、免疫组化（Iba-1、MBP、NF）和甲苯胺蓝染色评估组织反应与神经纤维完整性；6）影像学与功能评估：micro-CT确认电极位置，SFI足迹分析量化运动功能恢复。
**研究结果**
**2.1 TSSA袖套电极的制备与功能**：通过MEMS工艺制造双层SMP电极，利用第一层热预应变与第二层固化锁定的热应力差，实现体温响应自闭合。优化厚度（第一层30 μm，第二层4 μm）使自闭合内径约1 mm，适配大鼠坐骨神经（0.5-2 mm）。电极可在2-3分钟内完成包裹，且可重复打开重新定位，10次重新定位后固定力仅下降6.99%。
**2.2 热响应软化和弯曲**：通过DMA和DSC确定NGDE含量32.9 wt.%时SMP的Tg为37°C，接近体温。在玻璃态（室温）下模量高，弹性态（体温）下模量降低近两个数量级，结合双层热应力差异产生弯曲力矩，使电极向第一层（电极面）弯曲包裹神经。
**2.3 神经锚固的力学表征**：T-peel测试显示，SMP在干态下粘附力是PDMS的6倍，湿态下增加70%。拉力测试中，SMP最大固定力干态0.848 N/mm2（PDMS的5倍），湿态1.636 N/mm2（PDMS的7倍）。体内验证显示拉力强度2.7±0.6 MPa，与体外一致。SMP在持有阶段的斜率（2.8-3.0）远高于PDMS（1.5），表明更强的固定力。
**2.4 刺激诱发反应的体内记录**：电刺激后，CNAP的N1-P1振幅随刺激电流线性增加（R2=0.97），潜伏期1.43±0.17 ms，对应传导速度21.2±2.7 m/s。机械刺激（von Frey）记录到力依赖的神经反应，振幅随力增大而增加。
**2.5 机械诱发神经反应的长期记录**：16周慢性记录中，机械刺激（刷刺激）诱发的神经反应稳定可检测，SNR从早期逐渐增加，至第6周达到10.0并维持至16周。EIS显示8周后电极阻抗特性稳定。
**2.6 长期生物稳定性的验证**：H&E染色显示1周后结缔组织增厚，8周后消退至对照水平。免疫组化显示1周时Iba-1（巨噬细胞标志）升高，MBP（髓鞘）和NF（轴突）下降，8周后恢复。甲苯胺蓝染色显示远端神经纤维数量、密度、直径无显著减少。FTIR、SEM和EDS分析表明16周后电极结构稳定，无严重降解或腐蚀。
**2.7 长期锚固与最小肢体功能障碍的评估**：micro-CT显示8周后电极位置与初始一致。SFI分析显示植入组1周短暂下降（-26），6周后恢复至基线，而假手术组和对照组无显著变化，提示无长期功能损伤。
**总结与讨论**
本研究开发的TSSA袖套电极通过SMP双层结构实现体温响应自闭合，无需缝合或外部固定装置，提供柔软、稳定的神经接触。与PDMS袖套相比，其固定力更强，且自适应神经尺寸。16周体内实验证实了高信噪比（SNR≥10）的长期记录能力和良好的生物相容性，组织学分析显示仅早期轻度炎症反应，8周后恢复。该电极采用MEMS工艺制造，可扩展至不同神经尺寸，并集成多种功能元件。研究结论指出：TSSA袖套电极结合了微创性、稳定长期接口和易植入性。其热响应自致动机制确保温和且牢固的神经接触，无需外力或刚性组件，同时保持高信号保真度和生物相容性。这代表了用于双向神经假体的软性慢性神经接口的重大进展。
