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资讯 | Adv. Mater. :用于镇痛治疗的柔性光伏神经刺激器

资讯 | Adv. Mater. :用于镇痛治疗的柔性光伏神经刺激器 两江科技评论
2025-08-30
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导读:兰州大学口腔医学院范增杰、中国科学院深圳先进技术研究院李伟民、西北师范大学赵雲团队开发了一种新型的全植入式、无线且自适应的光伏神经刺激器(PVNS),用于慢性疼痛管理。
文章来源:PuSL高精密3D打印、智能生物材料

慢性神经病理性疼痛是临床重大挑战,常需长期使用阿片类药物,存在成瘾、耐受和副作用等问题,且无法精准靶向痛觉神经。现有的神经电刺激(ES)技术虽有潜力,但存在侵入性强、可能造成医源性神经损伤等局限。因此,探索新的治疗方法具有重要意义。


兰州大学口腔医学院范增杰、中国科学院深圳先进技术研究院李伟民、西北师范大学赵雲团队开发了一种新型的全植入式、无线且自适应的光伏神经刺激器(PVNS),用于慢性疼痛管理。该工作以Flexible Photovoltaic Neurostimulator for Analgesia为题,发表在Advanced Materials期刊



该设备结合了柔性自卷曲袖套电极和生物相容的柔性Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)薄膜光伏电池,能够通过近红外(NIR)光触发神经电刺激。通过在体神经痛模型验证了其显著的镇痛效果,并揭示了其通过调节炎症通路和瞬时受体电位香草素1型(TRPV1)发挥镇痛作用的机制。其中,研究团队通过摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)技术(microArch® S230,精度:2μm)制备电路形状,随后浸入液态金属制成的墨水中,直接转印至PDMS基底。


文章亮点:

  • 创新的设备设计:开发了一种全植入式、无线且自适应的光伏神经刺激器(PVNS),结合了柔性CIGS薄膜光伏电池和自卷曲袖套电极,实现了近红外光触发的神经电刺激。

  • 高效的镇痛效果:在体神经痛模型中,PVNS显著阻断了神经信号传导,有效缓解了神经病理性疼痛,特别是在中等频率(20Hz)刺激下效果最佳。

  • 优异的生物相容性:通过严格的体外细胞实验和体内组织相容性测试,证明了PVNS的高生物安全性,无明显细胞毒性,且在体内植入后无炎症反应。

  • 明确的镇痛机制:初步揭示了PVNS的镇痛机制,包括抗炎作用和TRPV1表达下调,为后续研究提供了理论基础。

  • 灵活的植入方式:PVNS的自卷曲袖套设计使其能够适应不同直径的神经,无需缝合或粘合剂即可稳定固定,减少了植入过程中的风险。


图1. 展示了PVNS的组成和工作原理,说明了其如何利用NIR光触发CIGS电池产生电流,进而刺激神经。

图2. 为CIGS光伏电池的光电性能表征,证明了其在NIR光下的高效光电转换能力。

图3. 介绍了PVNS的自卷曲、柔性袖套设计,展示了其良好的机械性能和与神经的贴合能力。

图4. 通过封装紧密性和生物相容性实验,验证了PVNS的长期在体安全性。

图5. 通过神经电生理实验,证实了PVNS对神经信号传导的阻断效果,为镇痛效果提供了生理学依据。
图6. 通过行为学实验,展示了PVNS在缓解神经病理性疼痛方面的显著效果,特别是在中等频率刺激下。

图7. 通过组织学分析,揭示了PVNS的抗炎和TRPV1下调机制,为镇痛效果提供了病理学依据。
总结:研究团队成功开发了一种全植入式、无线且自适应的光伏神经刺激器(PVNS),用于慢性神经病理性疼痛的管理。PVNS结合了柔性自卷曲袖套电极和生物相容的柔性Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)薄膜光伏电池,能够通过近红外(NIR)光触发神经电刺激。在体实验表明,PVNS能够显著阻断神经信号传导,有效缓解神经病理性疼痛。此外,通过调节炎症通路和瞬时受体电位香草素1型(TRPV1)的表达,PVNS展示了其潜在的镇痛机制。尽管PVNS在实验中表现出色,但其应用仍面临一些挑战。NIR光的穿透深度有限,限制了PVNS在深层神经区域的应用。此外,不同疼痛模型的镇痛机制存在差异,需要进一步研究相关的受体和信号通路。尽管如此,PVNS作为一种新型神经刺激器,展示了在神经病理性疼痛管理中的巨大潜力。未来的研究将致力于提高PVNS的性能,探索其在更广泛的神经系统疾病中的应用,并推动其临床转化。通过不断优化设计和功能,PVNS有望为慢性疼痛患者提供一种更安全、更有效的治疗选择。

原文链接: https://doi.org/10.1002/adma.202508607


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