许多新兴医疗技术需要生物系统与电子设备实现更紧密的集成，但用于植入或生物电子界面的材料往往难以同时满足柔软、导电与生物活性等要求。由德累斯顿工业大学、德累斯顿莱布尼茨高分子研究所等机构的伊万·米涅夫（Ivan Minev）教授与克里斯托夫·通德拉（Christoph Tondera）博士牵头的研究团队，开发出一种仿生导电水凝胶，旨在在同一材料体系内兼顾上述特性。

研究团队表示，该水凝胶实现了对电信号与生化信号的双重控制：材料可结合促进细胞生长的信号因子，并在电刺激作用下按需释放；同时还可用于传感，测量氧气等生物参数。相关研究已发表在《Advanced Materials》。

以细胞外基质为设计参照

研究人员指出，为提高植入物在体内的接受度，材料的机械性能需要与周围组织相匹配，尤其在神经系统应用中，材料应具备柔软、灵活并可导电的特性。团队以自然细胞环境中的细胞外基质（ECM）为参照，开发出一种水基材料（水凝胶），在模拟ECM关键特性的同时保持电活性。

在材料构建上，团队选取ECM中的糖胺聚糖（GAG）这一长链、带负电的糖分子作为关键组分，并与星形聚乙二醇（starPEG）结合形成三维网络，以保留水分及其他物质。随后，研究人员将半导体有机聚合物PEDOT掺入该仿生水凝胶中，形成最终材料PEDOT:sGAGh。

电学性能可调并支持生物活性分子递送

研究团队在实验中观察到，PEDOT可整合进入水凝胶体系而不破坏其纳米结构，材料内部形成小型导电簇以支持电信号传导；同时水凝胶仍保持柔软与高度水合状态，符合体内应用对材料形态的要求。研究人员称，材料电学性能可通过调节PEDOT含量以及网络中的负电荷密度进行精确调控。

除电学特性外，团队还展示了生物活性分子可被掺入并实现受控释放。论文第一作者Teuku Fawzul Akbar博士表示，通过施加微弱电信号，可控制生长因子处于结合状态或被释放；细胞培养实验显示，生长因子在电刺激过程中未被改变且保持生物活性。在受控释放血管内皮生长因子（VEGF）后，细胞形成了早期血管生成特征性的管状结构。

兼具传感与触发释放功能

研究团队还将该材料用于传感验证，通过测量氧气水平展示其作为传感器的能力。在一个生物混合电路中，氧气水平下降可触发电信号，进而启动生长因子释放，随后促进细胞培养中神经细胞的生长。

通德拉博士表示，该材料将生物组织的柔软特性与其自然通信方式——生物分子与电脉冲信号——结合在同一体系中，为新型生物医学设备与植入物提供了新的材料路径。

面向生物电子器件与植入物应用

研究团队称，该水凝胶将生物学原理转化为技术实现，使生化信号与电控过程形成联动，未来可用于医疗应用中的电极涂层或生物电子组件。研究人员同时提到，从长远看，该技术有望用于提升脑机接口相关器件性能，例如用于脑植入物，使其在记录或刺激信号之外，进一步实现两者兼具的功能，从而服务于癫痫或帕金森病等疾病的治疗方案改进。

米涅夫教授表示，下一步将评估材料的长期稳定性、性能与生物相容性，并以开发原型为目标，在临床相关条件下开展测试。作为COATARRAY项目的一部分，米涅夫教授团队已与德累斯顿大学医院的神经外科医生合作，基于该材料改进现有深脑刺激电极。