圖一，水凝膠皮層電極的設計理念及基礎特性

硬腦膜下皮層電極（ECoG電極）是一種重要的神經記錄接口，現如今已經廣泛應用于癲癇病灶定位、意識控制義肢等臨床，以及科研領域。但如今以金屬作為導電材料的ECoG電極生物相容性差，極易損傷腦表面；還因其不透光等特性限制了ECoG電極的多模態應用（如和光遺傳學，雙光子成像和MRI成像等）。

為了解決以上問題，浙江大學汪浩教授團隊與浙江大學奚望副研究員以及哈佛大學鎖志剛院士團隊合作開發了一種新型PVA-ACSF水凝膠電極。該電極具有力學性能與化學性質和腦組織高度相似，高透光性以及核磁兼容性等特點，因此具有廣泛的臨床和科研應用價值。

圖二，水凝膠電極記錄到的電信號質量和金屬電極高度相似

該PVA-ACSF水凝膠電極可記錄到具有高度時空分辨率的高質量皮層神經電信號。

圖三，金屬和凝膠電極埋置98天后電極及周圍血管形態變化

經過98天的長時間埋置后評估，該電極及其周圍區域的血管增生形變以及膠質細胞增生情況要顯著少于金屬電極。

圖四，水凝膠皮層電極可實現雙光子鈣成像和電信號同步記錄

結合PVA-ACSF水凝膠在光學成像常用波長的高度透光性，通過雙光子顯微鏡采集電極點下方神經元鈣信號和血管信號的同時也在體記錄了神經元活動的電信號，這種多模態聯合實驗可以從多維度同時觀察解析小鼠不同生理或者病理狀態下的神經元活動和血管的動態變化，對于研究腦區互作或者神經血管互作的機制等提供了新的思路與方法。

圖五，水凝膠皮層電極不影響MRI成像（不會像右方的金屬電極產生很大的偽影）

最后基于PVA-ACSF水凝膠的化學構成和腦組織高度相似性，顯示水凝膠電極不影響MRI核磁成像。綜上這種新型的PVA-ACSF水凝膠電極不僅有巨大的臨床應用潛力，它的高度透光性以及核磁兼容性等特點使它可以和光學成像，核磁成像以及光遺傳學等先進技術相配合，為基礎研究提供更多的選擇與可能性。本文的第一作者為浙江大學醫學院博士后王曉萌，共同第一作者為浙江大學醫學院博士生王夢琪和哈佛大學博士生盛昊。浙江大學生儀學院博士生朱亮為本文做出了重要貢獻。浙江大學醫學院汪浩教授、浙江大學系統神經與認知科學研究所奚望副研究員以及哈佛大學鎖志剛教授為本文的共同通訊作者。該工作也是繼合作團隊2019年在Extreme Mechanics Letters發表的侵入式水凝膠電極后續合作研究。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961221007080