【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所傳感技術國家重點實驗室在定向結晶化蠶絲蛋白電子神經界面研究方面取得了重要進展。研究團隊突破了傳統蠶絲蛋白電子器件在水環境中易變形失效的限制，通過定向結晶物理改性技術調控蠶絲蛋白在濕潤條件下的溶脹特性，結合微納加工工藝制備了神經電子器件，成功實現了在體電生理穩定記錄，并高靈敏地識別出癲癇疾病中的高頻震蕩波信號。相關研究成果以“Silk fibroin-based bioelectronic devices for high-sensitivity, stable, and prolonged in vivo recording”發表在2024年10月17日的學術期刊《Biosensors and Bioelectronics》上(Biosensors and Bioelectronics, 2025，(267)，116853；10.1016/j.bios.2024.116853)。
 

　　提升植入式生物電子器件的生物相容性和界面適應性，可以有效降低長期植入帶來的不適與組織損傷，拓展其在便攜電子、人機交互和智能醫療等領域的應用。蠶絲蛋白具有良好的機械柔韌性、高生物相容性、可調生物降解性和優良介電特性，被廣泛應用于生物電子領域。但是在實際水環境與體液環境中，由于水分子對蛋白材料的氫鍵破壞，易造成蛋白材料的溶解或溶脹變形，進而導致表面功能結構的撕裂和損壞，存在長期在體應用的限制。
 

　　針對以上挑戰，中國科學院上海微系統所團隊提出使用定向結晶物理改性方法提升蠶絲蛋白材料在體穩定性的策略。通過對水蒸氣交聯蛋白材料進行特定方向的拉伸固定處理，增加蛋白β-sheet結構在拉伸方向的結晶度，增加其對氫鍵破壞的抗性，使其遇水不溶脹，從而確保蛋白膜表面功能結構在體內等濕潤環境中不斷裂。在此基礎上，研究團隊通過微機電系統(MEMS)工藝構建了系列不同功能的定向結晶化蠶絲蛋白電子器件。結果顯示，蠶絲蛋白電子器件能夠在體外水環境中穩定運行超過40天，并能實現小鼠體內超過7天的高靈敏肌電信號記錄。此外，充分利用蛋白材料力學性能可調的特性，蛋白電子器件可以與動物組織緊密貼附，從而實現對癲癇模型中的高頻振蕩腦電信號的高分辨檢測。該項研究成果表明：定向結晶化蠶絲蛋白材料為制備具有高度界面適應性與長期在體穩定工作的神經電子器件提供重要的途徑與參考。
 

　　圖1 基于定向結晶化蠶絲蛋白電子器件的設計、制備，并應用于皮下肌電信號的高靈敏監測與癲癇高頻振蕩腦電信號的高分辨檢測
 

　　中國科學院上海微系統所為該論文的第一完成單位和通訊單位，楊會然博士、朱子懿為該論文的共同第一作者，通訊作者為李孟研究員、陶虎研究員、柳克銀副研究員和魏曉玲研究員。該研究工作得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創新項目、上海市級重大專項、中國科學院上海分院基礎研究特區計劃等相關研究計劃的支持。