崭新实验揭示：液态金属影响动物运动与死亡

液态金属不仅作为肿瘤治疗电极，其在更多挑战性医学问题的解决上同样体现出显著优势。Guo和Liu［9］尝试用可植入式液态金属柔性神经微电极阵列修复动物的运动功能。该小组制备出了液态金属神经电极阵列，借助其自身独特的机械性能和电学性能，解决了植入式神经电极所面临的与周围组织力学性能不匹配的难题。

该项工作表明，液态金属可以作为连接生物体与电子设备的中间材料，充当生物体与非生物体的良好接口。生理学上，遍布人体全身的外周神经系统是连接大脑与身体的通道，可将来自大脑的神经电信号传送给四肢，从而控制肢体运动。然而，外周神经损伤会造成运动障碍甚至瘫痪。传统的神经缝合和神经移植技术难以实现神经的完全修复，需要复杂的手术治疗以及漫长的术后恢复过程，存在肢体功能丧失的风险。神经植入电刺激技术为外周神经损伤修复提供了一条关键途径。断裂的神经在植入电极的电刺激作用下可在短时间内恢复肢体的运动功能，从而防止肌肉萎缩。然而，将电极植入人体短时间内虽有很好效果，但随着时间的推移，其作用会逐渐失去。一个重要原因是植入材料与生物组织之间不协调的力学特性所致，另一原因则来自电极植入过程中对神经组织的机械损伤。

图15.14　液态金属神经电极阵列及其制备与封装方式［9］

a.液态金属电极的光学图像；b.液态金属神经电极示意图；c.硅胶管将电极固定在神经上；d.液态金属神经电极图像。(www.xing528.com)

在此项研究中，镓铟合金作为电极材料，使用PDMS作为电极封装材料，借助液态金属喷涂技术对液态金属电极进行图案化处理，制备出了不同形状的电极（图15.14）。对该电极进行的系列功能测试和动物实验，获得了对其机械性能、电学特性以及生物相容性的完整认识［9］。不同于传统神经植入式电极的是，这种液态金属电极具有良好的可拉伸性能，且能保持一定的电学稳定性、化学稳定性，其在生理盐水中只产生微量的金属镓溶解物，对细胞没有明显的毒性。作为典型的应用展示，作者们将液态金属神经电极植入到一只死亡牛蛙的坐骨神经处，通过外加电刺激迅速恢复了牛蛙下肢肌肉群的收缩运动功能。可以看到，应用植入的液态金属神经电极代替断裂的坐骨神经，可直接将神经电信号传递给受损神经的远端，甚至让死亡的牛蛙恢复其肢体的运动功能（图15.15），其在水中依据控制方式游动的情形，如同活体一般［9］。

图15.15　液态金属神经电极阵列激发死亡牛蛙肌肉群使之恢复运动功能实验［9］

a.用于牛蛙腓肠神经、胫神经的植入液态金属电极；b、c.铂电极和液态金属电极刺激下的坐骨神经电位及电位幅；d.植入液态金属神经电极使死亡牛蛙运动。