Adv. Mater.：用于鎮(zhèn)痛治療的柔性光伏神經(jīng)刺激器

更新時(shí)間：2025-09-09

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慢性神經(jīng)理性疼痛是臨床重大挑戰(zhàn)，常需長(zhǎng)期使用存在成癮、耐受和副作用等問(wèn)題，且無(wú)法精準(zhǔn)靶向痛覺(jué)神經(jīng)?，F(xiàn)有的神經(jīng)電刺激（ES）技術(shù)雖有潛力，但存在侵入性強(qiáng)、可能造成醫(yī)源性神經(jīng)損傷等局限。因此，探索新的治療方法具有重要意義。

蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院范增杰、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李偉民、西北師范大學(xué)趙雲(yún)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型的全植入式、無(wú)線且自適應(yīng)的光伏神經(jīng)刺激器（PVNS），用于慢性疼痛管理。該工作以“Flexible Photovoltaic Neurostimulator for Analgesia”為題，發(fā)表在《Advanced Materials》期刊上。

該設(shè)備結(jié)合了柔性自卷曲袖套電極和生物相容的柔性Cu(In,Ga)Se?（CIGS）薄膜光伏電池，能夠通過(guò)近紅外（NIR）光觸發(fā)神經(jīng)電刺激。通過(guò)在體神經(jīng)痛模型驗(yàn)證了其顯著的鎮(zhèn)痛效果，并揭示了其通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥通路和瞬時(shí)受體電位香草素1型（TRPV1）發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用的機(jī)制。其中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（microArch® S230，精度：2μm）制備電路形狀，隨后浸入液態(tài)金屬制成的墨水中，直接轉(zhuǎn)印至PDMS基底。

文章亮點(diǎn)：

創(chuàng)新的設(shè)備設(shè)計(jì)：開(kāi)發(fā)了一種全植入式、無(wú)線且自適應(yīng)的光伏神經(jīng)刺激器（PVNS），結(jié)合了柔性CIGS薄膜光伏電池和自卷曲袖套電極，實(shí)現(xiàn)了近紅外光觸發(fā)的神經(jīng)電刺激。
高效的鎮(zhèn)痛效果：在體神經(jīng)痛模型中，PVNS顯著阻斷了神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)，有效緩解了神經(jīng)理性疼痛，特別是在中等頻率（20Hz）刺激下效果佳。
優(yōu)異的生物相容性：通過(guò)嚴(yán)格的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)組織相容性測(cè)試，證明了PVNS的高生物安全性，無(wú)明顯細(xì)胞毒性，且在體內(nèi)植入后無(wú)炎癥反應(yīng)。
明確的鎮(zhèn)痛機(jī)制：初步揭示了PVNS的鎮(zhèn)痛機(jī)制，包括抗炎作用和TRPV1表達(dá)下調(diào)，為后續(xù)研究提供了理論基礎(chǔ)。
靈活的植入方式：PVNS的自卷曲袖套設(shè)計(jì)使其能夠適應(yīng)不同直徑的神經(jīng)，無(wú)需縫合或粘合劑即可穩(wěn)定固定，減少了植入過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1. 展示了PVNS的組成和工作原理，說(shuō)明了其如何利用NIR光觸發(fā)CIGS電池產(chǎn)生電流，進(jìn)而刺激神經(jīng)。

圖2. 為CIGS光伏電池的光電性能表征，證明了其在NIR光下的高效光電轉(zhuǎn)換能力。

圖3. 介紹了PVNS的自卷曲、柔性袖套設(shè)計(jì)，展示了其良好的機(jī)械性能和與神經(jīng)的貼合能力。

圖4. 通過(guò)封裝緊密性和生物相容性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了PVNS的長(zhǎng)期在體安全性。

圖5. 通過(guò)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，展示了PVNS在緩解神經(jīng)理性疼痛方面的顯著效果，特別是在中等頻率刺激下。

圖6. 通過(guò)組織學(xué)分析，揭示了PVNS的抗炎和TRPV1下調(diào)機(jī)制，為鎮(zhèn)痛效果提供了病理學(xué)依據(jù)。

總結(jié)：研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了一種全植入式、無(wú)線且自適應(yīng)的光伏神經(jīng)刺激器（PVNS），用于慢性神經(jīng)理性疼痛的管理。PVNS結(jié)合了柔性自卷曲袖套電極和生物相容的柔性Cu(In,Ga)Se?（CIGS）薄膜光伏電池，能夠通過(guò)近紅外（NIR）光觸發(fā)神經(jīng)電刺激。在體實(shí)驗(yàn)表明，PVNS能夠顯著阻斷神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)，有效緩解神經(jīng)理性疼痛。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥通路和瞬時(shí)受體電位香草素1型（TRPV1）的表達(dá)，PVNS展示了其潛在的鎮(zhèn)痛機(jī)制。盡管PVNS在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出色，但其應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)。NIR光的穿透深度有限，限制了PVNS在深層神經(jīng)區(qū)域的應(yīng)用。此外，不同疼痛模型的鎮(zhèn)痛機(jī)制存在差異，需要進(jìn)一步研究相關(guān)的受體和信號(hào)通路。盡管如此，PVNS作為一種新型神經(jīng)刺激器，展示了在神經(jīng)理性疼痛管理中的巨大潛力。未來(lái)的研究將致力于提高PVNS的性能，探索其在更廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用，并推動(dòng)其臨床轉(zhuǎn)化。通過(guò)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)和功能，PVNS有望為慢性疼痛患者提供一種更安全、更有效的治療選擇。