基于罗谢尔盐的可生物降解压电器件用于神经再生和肠道蠕动监测

会“融化”的植入物与身体对话

医生越来越依赖微小电子植入物来帮助受损神经再生并观察器官的运动。不过当今多数设备由坚硬、永久性的材料制成，可能刺激软组织并需通过二次手术取出。本研究提出了一类由常见食品添加剂和医用塑料制成的“消失型”植入物。这些柔软器件能将自然的体内运动或温和的超声转化为电能，以指导受损神经愈合并悄然监测肠道推动食物的方式，在完成任务后安全溶解。

在软性、可消失薄膜中嵌入电能

工作的核心是一种在受压或弯曲时产生电压的柔性材料，这一行为称为压电效应。研究人员以罗谢尔盐（Rochelle salt）为起点——这是一种曾用于麦克风的百年晶体，现在获准作为食品成分使用。罗谢尔盐对机械力响应强烈，但本身脆且易溶于水。为了解决这些问题，团队将晶体研磨成微米级颗粒，并与可生物降解的聚(L-乳酸)长链混合，这是已用于医用缝线的塑料。通过精细电纺工艺将混合物拉成高度取向的纳米纤维并压制成毡，他们制得厘米尺度的薄膜，使晶体被锁定在柔软、类皮肤的支架中。这些薄膜易于弯曲，却能产生远强于以往可降解材料的电信号。

为何强信号对活体组织重要

为了让植入物在没有导线或电池的情况下影响细胞，它必须将微弱的机械线索转化为有用的电脉冲。测试表明，新型薄膜产生的电荷是单一塑料的十倍以上，电压输出甚至优于许多不可降解的压电材料。薄膜在温暖的盐水环境中可工作数天到数周（模拟体内），其寿命可通过保护涂层调节。当被超声驱动——即医学影像使用的频率的声波——该材料能将深部组织的振动转换为小而可重复的电压尖峰。由于这些薄膜柔软，刚度更接近神经和肌肉而非陶瓷，它们可以贴合运动器官而不会擦伤或切割组织。

用温和的超声“指导”受损神经

为将该材料转化为治疗工具，团队将薄膜卷成管状并加上外层支撑，形成可桥接大鼠坐骨神经断裂缺损的空心支架。体外，一个聚焦超声探头定期向植入的支架发出能量脉冲。支架内侧的压电壁弯曲产生电场，包围着正在再生的神经纤维。细胞实验显示，这种刺激促进神经分支生长的长度并增加与修复相关基因的活性。在具有10毫米神经损伤的动物中，超声激活的支架相比对照支架能促成更长的再生纤维、更厚的绝缘髓鞘、更强的肌肉收缩以及更好的行走模式，其表现逼近由动物自身取用的当前金标准神经移植。

无需导线即可“倾听”肠道

在第二种应用中，薄膜作为高灵敏度应变传感器来跟踪结肠收缩。研究人员将一条压电复合材料条夹在可溶金属电极和柔软塑料层之间，然后用可生物降解胶将器件贴附在兔子结肠外侧。每当肠壁收紧或放松，传感器就弯曲并产生独特的电压波形，该信号以无线方式传输到外部接收器。通过处理这些信号，团队可以提取推动内脏内容物前进的肌肉波的强度、节律和传播速度。给药加快蠕动后，传感器记录到更有力且更复杂的收缩；在通过切断血流模拟危险肠道急症后，它捕捉到先是活动激增随后急剧崩塌的信号——这些是当前工具难以捕捉的早期警示。

消失型生物电子学的一个展望

总体而言，这项工作表明，一种由食品级晶体与医用塑料组成的简单混合物可以在体内作为机械运动与电学信号之间强有力的、临时的桥梁。这些柔软的可降解器件既能通过精确定时的电脉冲促进受损神经的愈合，也能提供器官功能的丰富实时读数，例如结肠的运动是否顺畅。使用期结束后，组件会逐渐分解为无害产物，从而无需外科取出。该研究指向了这样一个未来：可植入电子设备更像可溶解的缝线——作为智能助手引导恢复、报告潜在问题，并在不再需要时悄然消失。

引用: Dai, F., Cheng, H., Qi, H. et al. Rochelle salt-based biodegradable piezoelectric devices for nerve regeneration and intestinal motility monitoring. Nat Commun 17, 2169 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68930-2

关键词: 可生物降解电子学, 神经再生, 超声刺激, 肠道蠕动, 压电材料