纳米级无机涂层策略用于稳定水凝神经探针 in vivo
Sizhe Huang1, Sabrina Urbina Villafranca1, Iyanah Mehta1
1Department of Biomedical Engineering, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, USA. qianbinwang@umass.edu.
Journal of materials chemistry. B
|July 4, 2023
概括
二氧化涂层可以防止聚乙醇水凝纤维的胀,增强其在体内神经工程应用中的稳定性,例如小鼠的光遗传运动皮层刺激.
科学领域:
- 生物材料科学 生物材料科学
- 神经工程是神经工程.
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 水凝提供可适应的光学和机械特性,用于神经工程中的体内光传递.
- 水凝中无形聚合物链的胀可能会损害长期的体内功能和结构稳定性.
- 化学交联聚乙醇 (PVA) 水凝适用于神经探针,但容易胀.
研究的目的:
- 为了提高聚乙烯醇 (PVA) 水凝纤维的稳定性,用于体内应用.
- 研究原子层沉积 (ALD) 用于用二氧化 (SiO2) 涂覆PVA水凝纤维的有效性.
- 评估SiO2涂层PVA水凝纤维在小鼠运动皮层光遗传刺激中的性能.
主要方法:
- 原子层沉积 (ALD) 用于将二氧化 (SiO2) 涂层涂在化学交联的PVA水凝纤维上.
- 在恶劣的条件下进行了加速稳定性测试,以模仿体内环境.
- 涂层和未涂层纤维的机械和光学性能进行了比较.
- 在体内实验中,将涂层纤维植入Thy1::ChR2小鼠的运动皮质,以便在运动测试期间进行光遗传学刺激.
主要成果:
- 涂有SiO2的PVA水凝纤维表现出更好的稳定性,在一周的潜伏期内防止胀.
- 与未涂层纤维相比,涂层纤维保留了其机械和光学性能.
- 描述揭示了纳米级聚合物晶体域 (6.5 ± 0.1 nm),弹性模量为73.7 ± 31.7 MPa,最大延长为113.6 ± 24.2%.
- 在涂层纤维中观察到1.9 ± 0.2 dB cm-1的最小光传输损失.
- 在体内通过涂层纤维进行的光遗传刺激成功调节了小鼠的运动行为,包括增加旋转,速度和距离.
结论:
- 通过ALD进行SiO2涂层,通过防止胀,有效地提高PVA水凝纤维的体内稳定性.
- 稳定的水凝纤维保持了关键的机械和光学性能,以有效传输光线.
- 这些发现支持使用SiO2涂层PVA水凝纤维作为先进神经工程应用的有希望的平台,特别是在光遗传学中.
