像纸一样轻松折叠剪裁…UNIST开发全球首个定制电刺激材料

Published 09 May.2024 08:51(KST)

Updated 04 Aug.2025 12:59(KST)

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UNIST Kim Jiyun教授团队全球首开发出纸质无线电刺激材料

可折叠可裁剪仍保持功能且可生物降解…发表于《Adv. Mater.》

一种可以像纸张一样实时折叠和裁剪、并可按个人定制制作的无线电刺激材料被开发出来。

上排从左至右依次为 Kim Jiyun、Cha Chaenyeong 教授、第一作者研究员 Choi Junkyu，下排从左至右依次为 Lee Ayeong、Kim Seontae 研究员。

蔚山科学技术院新材料工程系的 Kim Jiyun、Cha Chaenyeong、Song Myeonghun 教授团队首次在全球发现了具有无线电刺激功能、同时具备柔性且可生物降解的“纸状电刺激材料”。该材料使用纳米材料制备，即使被裁剪或折叠也不会丧失功能。

植入式电刺激器通过电刺激促进神经细胞活动和组织再生，对帕金森病、阿尔茨海默病以及各类神经退行性疾病等多种疾病的治疗具有重要应用价值。

然而，既有器件依赖于复杂连接的刚性电子元件，难以在实时条件下自由改变形状和尺寸。同时，还会与柔软的人体组织产生异物反应，治疗后往往需要进行取出手术，整个过程较为复杂。

研究团队成功开发出一种利用功能性纳米材料、可实时变换为多种形态的“纸状无线电刺激材料”。

研究人员首先合成了在外部磁场作用下可产生电刺激的磁电纳米粒子（Magnetoelectric Nanoparticle）。这是一种由不同材料构成的核与壳紧密结合而成的“核@壳（Core@shell）”结构纳米晶体。

合成的纳米粒子由在外部磁场作用下发生形变（Strain）的磁致伸缩（Magnetostrictive）核，以及将该形变转化为电刺激的压电（Piezoelectric）壳组成。利用这一特性，无需电池即可在体内实现无线电刺激。

研究团队将所开发的纳米粒子嵌入易于分解的可生物降解纳米纤维（Biodegradable Nanofiber）内部，制备出了纸状、可生物降解的多孔无线电刺激材料。通过体外实验，同时验证了无线电刺激效果以及促进神经细胞活动的效果。

第一作者、博士后研究员 Choi Jungyu 表示：“通过本次开发的无线电刺激材料，可以根据每个人的需求和身体特性实现精确治疗”，“有望在电刺激为基础的医疗应用领域简化治疗流程，并提供更高的柔性和通用性。”

该材料像纸一样柔软且富有柔性，可以紧密贴合大脑模型等凹凸不平、起伏较大的表面。即使根据需要裁剪成不同形状使用，其功能也不会丧失。

其加工性能也十分优异，能够制作出用于再生受损神经的圆柱形神经导管（nerve guide conduit），半径可小至400微米。

该材料还可以根据需要再生的细胞方向进行个性化设计。制备出的材料能够调控附近神经元细胞的再生方向，从而根据具体情况实现更为有效的治疗。

材料的生物降解速度同样可以调节。可根据所需电刺激的持续时间设定相应特性，待期限结束后，材料会自然生物降解。

新材料工程系教授 Kim Jiyun 表示：“所开发的材料在保持其固有功能的前提下，可在从器官尺度的数十厘米，到神经细胞尺度的微米级范围内自由调节尺寸”，“将在广泛的医疗领域内加速快速原型制作，并推动高效个性化电刺激治疗解决方案的开发。”

纸质柔性无线电刺激设备整体示意图。

本次研究由第一作者 Choi Jungyu、Kim Seontae、Lee Ayeong 博士共同参与。研究成果发表于世界权威国际学术期刊《Advanced Materials》，并于5月2日正式出版，被选为封面论文之一（Inside Back Cover）。

本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团（National Research Foundation of Korea, NRF）的资助下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。