这篇论文的研究内容由兰卡斯特大学的John G. Hardy及其团队完成，研究成果发表在《Advanced Materials Technologies》期刊上。研究的核心是利用多光子制造技术在体内和体外创建集成电子的三维物体，探索其在生物医学领域的应用潜力。
随着电子设备在日常生活中的普及，电子元件的制造和微型化技术取得了显著进展。传统的集成电路通常采用层层叠加的方式进行大规模生产，而近年来，集成电子的三维物体制造成为了研究的热点，尤其是在柔性电子和生物电子设备的开发中。导电聚合物（如聚吡咯PPY、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)PEDOT等）因其良好的生物相容性和电刺激能力，成为了生物医学应用中的重要材料。
本研究旨在开发一种新型的多光子制造技术，能够在生物相容的基材（如聚二甲基硅氧烷PDMS）中打印导电聚合物结构。这些结构不仅可以在体外刺激神经组织，还可以在活体生物体内进行打印，展示其在生物电子设备中的应用潜力。研究团队选择了聚吡咯（PPY）作为导电聚合物，并与PDMS结合，形成打印墨水。通过对墨水成分的体外毒性筛选，确保所用材料在生物体内的安全性。
在研究过程中，团队使用了Nanoscribe Photonic Professional GT设备进行多光子打印。该设备允许在微米到毫米尺度上制造复杂的三维结构，能够在PDMS基材中实现高分辨率的导电聚合物打印。研究团队通过优化墨水配方和打印参数，努力提高打印的准确性。在体外实验中，研究人员将打印的PPY电极放置于小鼠脑切片上，成功刺激了神经元，记录到生理反应。这表明所打印的电极能够有效与神经系统相互作用。
研究团队进一步在活体线虫（Caenorhabditis elegans）中进行PPY结构的打印，探索其在活体生物体内的应用。
通过调整激光功率和墨水浓度，成功在活体线虫的皮肤和肠道内打印出导电结构，展示了该技术的生物相容性和打印精度。研究过程中，团队面临了一些挑战，确保所用材料在生物体内的安全性是一个重要的挑战。研究团队通过体外毒性筛选，确保所用墨水成分在低浓度下对线虫无毒。
在研究的未来前景方面，本研究展示了多光子制造技术在生物电子设备中的广泛应用潜力。未来的研究方向可能包括个性化医疗，通过打印特定设计的电极阵列，可以为患者提供量身定制的生物电子设备，改善神经刺激和监测的效果。此外，结合人工智能和机器学习技术，开发智能化的神经调节系统，能够实时监测和调节神经活动，具有广泛的临床应用前景。
本研究展示了多光子制造技术在生物电子领域的应用开辟了新的方向。通过在体内和体外成功打印导电聚合物结构，研究不仅展示了该技术的可行性，还为未来的个性化医疗和智能神经调节系统的开发奠定了基础。随着技术的不断进步和应用的深入，预计将对医疗健康领域产生深远的影响。
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https://doi.org/10.1002/admt.202201274