新型可注射供電裝置問世，針頭穿刺便能給腦部植入設備充電

為生物電子植入器件穩定供電，是其長期運行的核心前提。但如果在植入體上預留外露充電接口，極易引發微生物入侵感染；而無線充電天線通常體積偏大，植入受限。如今科學家研發出一款新型可植入供電接口，可通過針頭完成充電接入，研究團隊表示該技術能夠解決以往充電方案面臨的諸多痛點。

加州大學歐文分校電子工程與計算機科學副教授Dion Khodagholy表示：“這款設備定位為通用供電接入端口，可與各類現有植入式生物電子器件集成，包括傳感器、神經接口、電刺激器以及各類電池供電系統。”

研究人員將這款新裝置命名為植入式生物電供電接口，主體由多孔柔性海綿狀高分子材料制成，內部微孔孔徑約150微米，與超細針頭直徑處于同一量級。制作流程如下：首先將海綿浸入高導電聚合物溶液，在微孔內壁鍍上一層厚度100至200納米的導電聚合物薄膜；隨后把海綿浸入硅橡膠溶液，在外部形成一層絕緣保護外殼。最后，將多層帶有絕緣外殼的海綿夾在未經處理的海綿層之間，整體外層包覆硅橡膠，組裝成可投入實際應用的功能模塊。

加州大學歐文分校電氣工程博士后Hyung Joon Shim介紹：“采用我們這套方案，整套裝置可以完全埋置在皮膚下方。僅在需要接通電路供電時刺入針頭，充電完成后即可拔出。”

科研人員在小鼠與大鼠身上開展動物實驗，將這款供電接口搭配神經接口類植入器件使用。研究人員把針頭刺入供電接口后，既能夠為神經接口設備內置電池充電，還可以按照植入器件近16兆比特每秒的最高傳輸速率讀取設備數據。相關研究成果于7月8日發表在《科學?進展》期刊：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee9688。

此外，研究人員在豬體實驗中將該供電接口與電刺激植入設備搭配使用。已有研究證實，這類電刺激有助于促進神經修復。借助這套接口，科研人員能夠長期輸出電流為20微安、單次時長100毫秒的電脈沖，持續維持電刺激治療。

該裝置本身多孔且富有彈性，即便反復穿刺也不易產生裂紋與破損；實驗采用的穿刺針頭規格跨度很大，從30號（直徑0.1毫米）至18號（直徑1.5毫米）。Khodagholy表示：“實驗室測試顯示，經過 100 次以上穿刺后，設備依舊能夠穩定保持導電性能與絕緣能力。”同時，供電接口帶保護層的夾層整體均可導電，因此針頭“無需精準扎中某個極小點位就能建立電氣連接。”

研究人員將這款供電接口植入小鼠體內并持續觀察一年以上。在此期間，接口沒有出現性能衰減，也沒有對實驗鼠造成任何可見不良影響。加州大學歐文分校兒科、解剖學與神經生物學副教授Jennifer Gelinas表示：“長期安全性與穩定性是所有植入式技術最重要的指標之一。”

本次動物實驗過程中，實驗對象處于麻醉狀態，便于固定充電針頭。Gelinas稱：“如果用于清醒受試者，可以像留置靜脈針一樣，使用醫用膠帶或粘貼敷料將針頭及其連接線固定在皮膚上，避免充電或數據傳輸階段發生移位。”

Gelinas提到，穿刺皮膚使針頭與體內供電接口對接“大概率只會帶來短暫不適感，和打針或是留置小型靜脈針的感受相近。未來迭代版本可搭配更細針頭、表面麻醉劑，或是采用能夠減輕痛感與炎癥的涂層材料。”

除此之外，Gelinas解釋道：“這款植入式生物電接口穿刺探針無需用于輸送液體的中空通道。這意味著專用的植入式生物電接口穿刺針頭，有望做得比常規注射針頭更細，從而進一步降低疼痛感與組織刺激。”

研究人員表示，該供電接口能夠與無線技術搭配使用。Shim介紹：“舉例來說，植入設備日常運行依靠無線通信；只有在直連方式更具優勢時，才啟用植入式生物電接口，例如快速充電、大批量數據下載、設備固件升級或是開展維護操作。”

Shim補充道，研究團隊制備該供電接口時，“采用市面上容易獲取的原料，制備工藝難度相對不高，這將為后續量產以及臨床轉化創造有利條件。”

研究人員提醒，這款裝置目前尚不能投入人體臨床使用。Gelinas表示：“我們還需要系統評估穿刺帶來的痛感、皮膚刺激、感染風險、機體組織反應，以及經過多次穿刺接入后器件的電學性能是否發生改變。”