神經系統是一個龐大而精密的系統，在生物的復雜功能中發揮著著重要作用。解開神經系統奧秘的一個方法，是將生物電子器件植入靠近神經元的組織中，不僅可以探測神經系統中的信號傳遞以研究神經元通訊，還有助于生物電治療。
目前的生物電子植入器件大多數基于攜帶導電膜的固體基板，插入人體組織會引起炎癥，這可能會損害植入器件的電性能，并破壞其與目標神經元的接觸，影響生物電子器件的壽命、精度和整體保真度。
基于這一挑戰，林雪平大學Xenofon Strakosas和Magnus Berggren團隊開發了一種不使用基板的情況下直接在組織內部合成導電聚合物并凝膠化的方法，產生接近于無縫融合的生物-非生物界面，對組織造成的損害很小。相關成果以“Metabolite-induced in vivo fabrication of substrate-free organic bioelectronics”發表于最新一期Science。
活組織內合成導電軟聚合物
研究人員首先引入了一個復雜的前體系統，包括原位產生過氧化氫的氧化酶、催化氧化聚合的過氧化物酶、水溶性共軛單體、具有用于共價交聯的抗衡離子的聚電解質，以及用于穩定的表面活性劑。氧化酶，可以分解目標組織中已經存在的代謝物，例如乳酸或葡萄糖等，并產生過氧化氫，然后作為酶聚合的氧化劑，由辣根過氧化物酶催化。該研究選擇了一種帶有功能基團的單體，當它聚合時，會與一種生物相容性聚合物--聚賴氨酸的伯胺發生反應。這些聚合物的交聯合成了一種穩定且柔軟的導電凝膠，而非脆性的導電膜。
活組織中的生物電子器件
凝膠電性能
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該研究使用了帶有雙層聚氯代對二甲苯的金微電極陣列(MEAs)探究凝膠的電性能。導電凝膠的電性能高度依賴于凝膠配方。當ETE-NHS（ETE: 2,5-bis(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-5-yl)thiophene，NHS: N-hydroxysulfosuccinimide）濃度增加至 8 mg/mL時，電導率和電容均增加。由于可以在現有的凝膠配方上進行電化學摻雜，凝膠的最大電導率有待進一步提高。
凝膠電性能
體內聚合
在活體斑馬魚的大腦、鰭和心臟以及活體水蛭和分離的哺乳動物組織中，都進行了凝膠聚合實驗，并證實了該方法的普遍適用性。在上述活體和組織中，導電凝膠的體積都超出了傳統二維植入物的體積，并融入了組織中。值得注意的是，凝膠在活體斑馬魚的大腦中聚合三天后，魚的行為沒有表現出異常，注射部位也沒有組織損傷的跡象。
斑馬魚的體內聚合
小結
該研究通過開發體內聚合物的途徑，繞過了植入生物電子器件基板這一挑戰。通過注射了一種混合物，能夠在不同的組織環境中誘導聚合并凝膠化。在活體斑馬魚（大腦、鰭和心臟）、水蛭以及分離的哺乳動物組織中，實現了導電凝膠的組織內聚合，并通過水蛭證明了可通過該凝膠在體內刺激神經。這些體內形成的導電聚合物，有望打破電子學與生物學的壁壘，實現生物電子融合。
