用磁电薄膜无线刺激神经细胞

无线神经接口作为治疗神经系统疾病的微创手段备受关注，其中磁性供电系统因能靶向深部脑区而具有优势，但现有系统依赖高频电磁场，存在组织吸收和安全性问题。本研究提出一种毫米级磁电（ME）薄膜作为直接神经接口，可在非共振频率（10赫兹）下实现无线神经刺激，有效解决了上述难题。

研究首先优化了磁电薄膜的几何结构，发现长宽比为1:5时性能最佳，且在0.5-1.5毫特斯拉的静态磁场下工作效果最好。在生物缓冲液中对其进行电化学表征，结果显示薄膜表面呈现显著的电容特性，这种类电容电荷注入机制对神经刺激而言更安全高效。

体外实验中，研究人员将原代海马神经元直接培养在磁电薄膜表面，通过钙成像技术观察神经元活动。当施加10赫兹、3.5毫特斯拉的静态和交变磁场时，神经元的荧光强度显著增强，表明神经元被有效激活；而仅使用压电层（无磁致伸缩层）的对照组则无此效果。进一步实验发现，刺激强度可通过调节磁场振幅实现：磁场越强（如从1.5毫特斯拉增至3.5毫特斯拉），神经元活动越剧烈。此外，压电材料的极化方向是关键设计参数——正电极朝上时的刺激效果显著优于负电极朝上。

机制研究表明，这种神经刺激依赖电压门控离子通道：加入河豚毒素（TTX，阻断钠通道）或镉离子（阻断钙通道）后，刺激效果明显减弱，证实了电刺激而非机械或热效应是主要机制。同时，脉冲磁场（矩形波）比正弦磁场在较低强度下即可产生更强的神经激活，这可能与脉冲波的快速升降沿诱导更高的电势有关。

该研究的优势在于：无需高频电磁场，降低组织吸收风险；无需额外电子元件，结构简单；刺激强度可调，且通过极化方向优化可提升效果。未来需解决的挑战包括：实现微型化以适应体内组织环境、提高长期稳定性和生物相容性（如使用无铅材料）、开展长期毒性研究等。总体而言，非共振磁电薄膜为开发安全、微创的无线神经刺激技术提供了新思路。