用于神经探针的可视化与植入性增强：一种不透射线的水凝胶涂层策略

《Journal of Materials Chemistry B》：Radiopaque coating for improved implantability and in vivo imaging of neural probes

这篇综述提出了一种创新的混合策略，通过在不透射线水凝胶涂层中引入5-丙烯酰胺基-2,4,6-三碘间苯二甲酸（AATIPA），显著提升了柔性神经探针的植入成功率和术后μCT成像能力。研究证实涂层在干燥状态下提供机械支撑（临界屈曲力提升至33.0±1.5?mN），植入后软化至0.76±0.15?MPa，减少机械失配；同时，AATIPA的掺入使涂层辐射密度达587?HU，实现小鼠海马区探针的无创可视化。该技术为神经调控设备的长效生物相容性和实时监测提供了新思路。

　　

引言：神经植入物的挑战与涂层策略革新

脑部植入物的侵入性仍是神经调控技术的主要局限，常导致慢性炎症反应。传统方案通过在刚性探针表面包裹软涂层（如聚乙二醇PEG）或使用临时硬化剂辅助柔性探针植入，但均存在局限性。本研究提出一种混合策略：将永久性水凝胶涂层应用于柔性神经探针，并利用5-丙烯酰胺基-2,4,6-三碘间苯二甲酸（AATIPA）功能化涂层，实现植入后非侵入性成像。

材料与方法的创新设计

研究采用丙烯酸酯封端的聚氨酯基PEG前体（AUP）构建水凝胶网络，其PEG骨架分子量（M_w）为2000?g?mol^?1，通过紫外引发自由基聚合形成交联结构（图1）。AATIPA的加入（0–11.7?wt%）未显著改变凝胶分数（>94%）或力学性能（储能模量139–186?kPa）。涂层通过浸涂工艺施加于柔性探针（OrmoComp材质，尺寸115×120?μm），干燥后厚度约60?μm。

力学性能提升与植入优化

涂层使探针临界屈曲力从15.2?mN提升至33.0?mN，原子力显微镜（AFM）显示干燥状态涂层杨氏模量为6.77?MPa，水化后降至0.76?MPa。在0.6%琼脂糖脑模型中的插入实验表明，涂层探针无弯曲失效，且涂层-基底粘附力可承受30?mN剪切力。稳定性测试证实涂层在PBS中浸泡18周无降解。

生物相容性与成像功能验证

细胞实验显示，即使最高AATIPA负载量（50?mg?mL^?1）下，人成纤维细胞存活率仍高于ISO?10993标准的70%。μCT成像表明，AATIPA含量与辐射密度呈线性关系（每wt%碘含量提升590?HU）。涂层探针在小鼠海马区植入后，通过μCT清晰显影（图6E），且组织学分析显示，与玻璃探针相比，AUP160涂层未引起额外神经元损失（NeuN密度无显著差异）或炎症反应（GFAP/Iba1荧光强度梯度相似）。

结论与展望

本研究成功开发了兼具力学强化和成像功能的双模式水凝胶涂层。其可调辐射密度、优良生物相容性及术后可视化能力，为神经植入物的长期性能监测和动物实验伦理优化（减少组织学验证所需动物数量）提供了实用解决方案。未来可进一步探索涂层在光遗传学探针或电生理设备中的集成应用。