未来的医疗革命？监测体内活动的生物电子水凝胶的开发：如湿沙般成型，读取神经

华盛顿大学圣路易斯分校（WashU）的研究团队开发了一种可以监测或刺激体内生物活动的“导电颗粒状（颗粒）水凝胶”。材料是有机导电聚合物的经典PEDOT:PSS。当颗粒聚集在一起时，它们像“湿沙”一样保持形状，施加力时则会流动，可以进行注射或3D打印。成果发表于2025年10月8日的期刊Small。校内新闻和科学媒体的报道在同日及次周相继出现，作为医疗和软电子学的下一步而备受关注。华盛顿大学工程学院

有什么新意？——“颗粒状”ד导电性”的协同效应

传统的生物信号电极主要由金属或硅等硬材料制成，与组织的不匹配（硬度、形状、运动）是长期稳定性的瓶颈。此次的材料是10〜100µm的PEDOT:PSS水凝胶微粒，密集填充后形成具有细胞尺度多孔性的海绵状网络。施加力时通过剪切流动，解除力后自我修复性地重新结合并粘附——这一**“颗粒状水凝胶”特有的动态与导电性**的结合是突破点。华盛顿大学工程学院

研究团队报告称，通过水中-油中乳液合成微粒，并在将油加热至90℃时可获得良好的颗粒。华盛顿大学工程学院

验证：在蝗虫触角上读取嗅觉信号

在神经生理学的经典模型蝗虫触角（嗅觉受体神经元）上，轻轻放置颗粒小块，成功记录到对应于气味刺激的局部场电位（LFP）。柔软的颗粒电极能够紧密贴合曲面的生物表面，形成电耦合。未来有望作为定制形状的3D打印电极或包裹组织的“包埋型”电极，接触到以前难以接触的部位。华盛顿大学工程学院

有什么用？——三个应用场景

1. 植入物/可穿戴设备的革新
   　心肌、大脑、外周神经等柔软且活动的组织，可以通过注射现场成型或3D打印。与传统的“硬电极”相比，预计可以减少界面阻抗和长期炎症。华盛顿大学工程学院

2. 通过“包裹”电极进行高密度记录
   　多孔网络允许离子透过和细胞浸润，有可能在体积较大的接触面上捕捉信号。蝗虫实验是这一概念的验证。华盛顿大学工程学院

3. 再生医学×电疗法
   　作为组织工程的支架，在包裹细胞的同时，通过电刺激控制分化和取向，开启“可刺激的支架”的道路。Rutz实验室在2025年初也公布了柔软的仿生支架的3D打印研究，此次的材料是其扩展线上的一部分。华盛顿大学工程学院
   
   

技术关键：材料、微细结构、工艺

• 材料：PEDOT:PSS是一种透明、稳定且具有高生物相容性的导电聚合物。已知通过添加剂或配方可以显著提高其导电率。维基百科

• 微细结构：颗粒间的“缝隙”形成微米孔，同时提供离子移动的路径和细胞尺度的空间。有助于紧密贴合和信号传递。华盛顿大学工程学院

• 工艺：乳液法→过滤填充→挤出（3D打印）这一通用工艺。也考虑到现有打印机或微型机器人上的实施。华盛顿大学工程学院

（参考）在同一领域中，PEDOT系水凝胶的高分辨率3D打印和可伸缩布线等方法也在推进。作为背景技术值得关注。美国化学会出版物

挑战与风险：需要明确的方面

• 长期稳定性：在水分子或离子环境中如何保持导电性和机械特性的变化。有报告称PEDOT:PSS的导电性会随pH值和盐浓度变化。科学

• 电极-组织界面：电荷注入极限和发热、电解反应等安全范围的定量化。

• 灭菌和药物设备合规：作为注射制剂/植入材料的制造一致性（粒径、分散、残留物）、灭菌后的特性保持、生物降解/非降解的选择等。

• 回收性和可逆性：颗粒系统可以设计再分散和去除，但需要评估体内动力学和免疫反应。
  
  
  

知识产权和商业化动态

研究团队已进行美国专利申请，并与大学的技术转移部门（OTM）推进商业化。不仅限于医疗设备途径，首先作为研究用探针/培养系统的支架电极投入市场是现实的。华盛顿大学工程学院

社交媒体反应（摘要）

• 研究人员的发布：第一作者及其所属实验室和Alexandra Rutz女士的LinkedIn帖子中宣布了论文的发布。研究人员和学生纷纷送上祝贺评论，期待柔性电极/3D打印应用。LinkedIn

• 大学官方的传播：McKelvey工程学院的LinkedIn也分享了这一新闻。可以确认到学术界和产业界人士的参与。LinkedIn

※在X（前Twitter）等平台上，相关研究人员账户也在持续发布有关PEDOT:PSS水凝胶的话题，导电性水凝胶×生物电子学成为热门话题。X (formerly Twitter)

为什么现在这个“有效”——编辑部的视角

• 材料科学×组织工程的混合：“模拟生物”（柔软、湿润、可动）与**“增加功能”**（导电、刺激、检测）的结合，以颗粒状水凝胶的形式完美呈现。

• 工艺亲和性：乳液合成→挤出成