水响应性超收缩聚合物薄膜

开启组织—电子界面新时代

●创新点

随着柔性电子器件在医疗健康领域的兴起，生物组织与电子设备界面的标准化连接和快速集成成了急需攻克的难题。不同于电子设备的标准化接口，生物组织因其柔软、脆弱、形状和大小不规则等特点难以具备标准化接口。

工业包装中使用的热收缩膜在加热时可以快速收缩，从而对大小和形状不规则的物体进行形状自适应的包裹和覆盖。然而，这些材料不适合生物应用，因为它们通常比生物组织更坚硬，且需要在90℃以上的高温条件下收缩。

中国科学院深圳先进技术研究院深圳先进集成技术研究所神经工程中心李光林、刘志远研究团队，联合新加坡南洋理工大学、南京医科大学，从蜘蛛丝中汲取灵感，创造性地研发出一种遇水能够快速大幅度收缩的柔软薄膜，为实现生物和电子设备之间的无缝集成提供了新的可能性。

●方法和结果

研究人员基于聚环氧乙烷和聚乙二醇-α-环糊精包合物制备出这种水响应性的超收缩聚合物薄膜。该薄膜在正常环境条件下干燥、柔韧且稳定，润湿后可在数秒内收缩50%以上，并变得柔软且可拉伸。薄膜分子链取向和带微孔的多级结构导致了这种超收缩性，这也有利于电子集成。

接下来，研究人员用这种薄膜制成形状自适应电极阵列，简化了植入过程，使其在湿润后形状自适应地包裹不同大小的神经、肌肉和心脏，并进行在体神经刺激和电生理信号记录实验。

应用前景

这种水响应材料开启了组织—电子界面的新时代，在柔性植介入、可穿戴医疗电子等方面有潜在的重要作用。

Source: YI J, ZOU G J,HUANG J P, et al. Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces[J]. Nature,2023, 624(7991): 295-302.

神经回路特异性基因疗法

帕金森病治疗新策略

●创新点

帕金森病（PD）是一种影响中枢神经系统的慢性神经退化疾病，以多巴胺能神经元丧失为特征，主要影响运动神经系统，随时间推移患者会出现颤抖、肢体僵硬、运动功能减退、步态异常等症状，也可能有认知和情绪问题。帕金森病是老年人群中最常见的神经退行性疾病之一，影响着全球600 多万老年人的生活质量和生命体验。

目前，临床上常用左旋多巴（多巴胺前体物质）或多巴胺受体激动剂治疗帕金森病，但由于多巴胺受体在中枢和外周神经系统分布广泛，现有疗法缺乏特异性，几乎所有长期接受左旋多巴治疗的患者都会出现运动并发症。来自中国科学院深圳先进技术研究院的研究人员及其合作者开发出一种基因治疗策略，可选择性地操纵受帕金森病影响的神经回路，实现更精准、高效和稳定的治疗。

●方法和结果

表达多巴胺受体D1 的中型多棘神经元（D1-MSN）和表达多巴胺受体D2 的中型多棘神经元（D2-MSN）占纹状体神经元的90%。D1-MSN 和D2-MSN 都接受来自黑质致密部的多巴胺能神经支配，在运动控制中却扮演着截然不同的角色。投射到苍白球内侧部和黑质网状部的D1-MSN 构成直接通路并促进运动，投射到苍白球外侧部的 D2-MSN 则构成间接通路并介导运动抑制。在帕金森病中，多巴胺耗竭会导致上述直接通路的活动减退和间接通路的活动过度，从而引起多种运动症状。

研究人员设计了一种由高效逆行腺相关病毒 （AAV）、具有强 D1-MSN 活性的启动子元件和化学遗传学效应子组成的治疗策略，可以特异性地标记并操控D1-MSN，从而驱动D1-MSN 介导的直接通路。

在帕金森病灵长类动物模型中，实施这种靶向 D1-MSN 的神经回路特异性基因疗法后，运动迟缓、僵硬和震颤等典型运动症状得到了极大改善。

应用前景

与目前的治疗方法相比，这种特异性操纵神经回路的基因疗法不仅疗效显著，而且起效更快、持续时间更长，有望帮助老年人缓解痛苦，提高生活质量。除了治疗帕金森病的潜力外，该疗法还为未来开发治疗其他脑部疾病的基于神经回路的靶向治疗策略提供了参考。

Source: CHEN Y F, HONG Z X, WUANG J Y, et al. Circuitspecific gene therapy reverses core symptoms in a primate Parkinson’s disease model[J]. Cell, 2023,186(24), 5394-5410.

跟北极熊学保暖

仿生学再立功

●创新点

2023 年冬天，寒潮早早地侵袭了我国多个省份，你的衣服足够抵御严寒吗？

对于抗寒保暖这件事，北极熊是一本“行走的教科书”。一身超强保暖的“毛衣”让北极熊能适应-40 ℃的环境。

浙江大学化学工程与生物工程学院柏浩教授和高分子科学与工程学系高微微副教授带领团队模仿北极熊毛的“核-壳”结构，制备出一种封装了气凝胶的超保暖人造纤维。

●方法和结果

研究人员在电子显微镜下仔细观察北极熊的毛，注意到了一个过去被忽略的细节：北极熊的毛不仅是中空的，而且还有一层壳。借鉴北极熊毛的 “核- 壳”结构，历时近6 年，团队做出了一种新型纤维：纤维的中心是高分子气凝胶，其内部分布着直径大约为10 ～30μm 的纤长的小孔，它们朝着同一个方向排列，像一个个存储空气的仓库；同时，一层TPU（热塑性聚氨酯弹性体）外壳将内部的气凝胶包裹起来。

研究人员在-20℃的环境中测试了羽绒衣、羊毛毛衣、棉毛衫和“北极熊毛衣”的保暖效果，结果显示，这种新型保温材料制作的衣服保暖性能远强于厚度接近的羊毛毛衣、棉毛衫，以及厚得多的羽绒服。

这种材料不但有传统保温材料的隔热功能，还能“封锁”人体向外辐射的红外线，耐拉伸等力学性能也大大提升，可直接机织，能真正实现把气凝胶穿在身上。

应用前景

这种仿生北极熊毛保暖材料可能会带来保暖衣物的新革命，保暖衣物将变得更保暖、更轻薄、更价廉，大大改善人们的过冬体验。

Source: WU M R, SHAO Z Y, ZHAO N F, et al. Biomimetic,knittable aerogel fiber for thermal insulation textile[J].Science, 2023, 382,1379-1383.