类神经铁电生物电子领域自适应生物页面的进展

植入式生物电子设备在神经科学研究、神经系统疾病治疗和脑机接口领域发挥着重要作用，通过感知、监测或调节生物电信号，已成为生物系统与外界信息交互的关键桥梁。

但由于缺乏灵活性和匹配性的拓扑结构等神经元适配特性，传统植入式生物电子器件难以与神经组织的高效界面适应，极化变化产生电信号、构建高密度神经网络等神经元行为，极大地限制了其与神经组织的无缝整合和自适应界面的互动能力。

近日，来自中国科学院深圳先进技术研究所的研究团队在神经铁电生物电子领域取得了新的进展，这是一个适合生物页面的领域。相关成果发表在《先进材料》上。

研究人员提出了类神经界面材料和铁电生物电子器件(Ferroelectric bioelectronics，FerroE)，通过与神经系统的无缝整合和自适应通信，融合了适应神经元软性和拓扑结构的特点，以及类神经元行为(如极化变化产生的电信号和高密度神经网络的形成)。

这种FerroE装置由三个核心要素组成。一种是用生物相容性聚多巴胺装饰的钛酸钡颗粒，用于高效光-热转换，增强铁电性能;二是铁电聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物，通过可逆极化变化即时产生电信号;第三，微锥阵型结构与神经元尺度相似，促进神经元粘附、神经突生长和网络连接。

这些元素的协同作用使得FerroE不仅具有优异的机械柔性和复杂的拓扑结构，而且具有高效稳定的光诱导极化变化产生电信号的能力。这种FerroE设备可以在100ms时间内产生约3.6伏的电压，并且可以在1万次光照循环或近生理环境下浸泡180天，没有明显的衰减。值得注意的是，FerroE表面独特的功能分子装饰与拓扑结构设计的协同作用，极大地促进了神经元在其表面的高密度粘附和网络连接，同时可以有效抑制星形胶质细胞的粘附着。此外，也可以调节。

此外，研究发现，FerroE设备在小鼠体内植入3个月后，仍然可以与神经组织保持出色的功能可靠性和生物相容性界面。这种适合神经元特征和行为的神经界面材料和设备，有望为下一代脑机界面、组织建筑材料和生物医疗设备的发展带来新的机遇。