近日，南科大微流控-生物材料实验室构建了一种基于脑脱细胞外基质水凝胶的电子脑生物芯片。该平台将脑源性脱细胞外基质水凝胶与柔性多通道电极集成，用于构建三维神经网络并实现长期电生理监测。其中，脑脱细胞外基质水凝胶为神经细胞提供了更接近天然脑组织的生化和力学微环境；柔性电极阵列则可与三维神经组织形成稳定界面，实现对不同空间层级神经活动的同步记录。研究表明，该电子脑生物芯片能够支持原代神经元和人诱导多能干细胞来源神经元的生长、成熟和功能性网络形成，为构建人工脑组织模型、研究神经网络发育以及开展药物筛选提供了新的工程化平台。该工作将 脑仿生细胞外基质、三维神经组织构建与柔性生物电子监测融为一体，为下一代体外脑模型和电子化神经组织平台的发展提供了重要参考。

研究团队首先从脑组织中获得脱细胞外基质，并进一步制备成可用于三维神经培养的水凝胶材料。脱细胞处理去除了细胞成分，同时尽可能保留脑组织中特有的细胞外基质蛋白。通过生化成分分析和流变学测试，研究证明该脑脱细胞外基质水凝胶具有良好的生物相容性和适宜的力学特性，可为神经细胞黏附、突起延伸和三维网络形成提供仿生支撑。

在脑脱细胞外基质水凝胶中，神经细胞能够形成丰富的三维突起连接，并逐步构建神经网络结构。免疫荧光结果显示，神经元标志物和成熟神经网络相关标志物表达增强，说明该微环境有助于原代神经元和人诱导多能干细胞来源神经元的生长、分化和网络成熟。与传统培养体系相比，脑源性细胞外基质不仅提供物理支撑，还可通过保留的生物活性成分调控神经细胞行为，使体外模型更接近天然脑组织微环境。

为了实现对三维神经网络的功能监测，研究团队将柔性多通道电极与脑脱细胞外基质水凝胶进行集成，构建出具有电子监测功能的脑生物芯片。与传统刚性电极相比，柔性电极能够更好地适配软性神经组织，降低界面机械失配和组织损伤风险。该电子脑芯片能够实时记录三维神经网络在药物刺激前后的电生理活动。这种“构建—培养—监测”一体化策略突破了传统神经培养体系主要依赖终点检测的局限，为动态研究神经网络发育、突触连接和功能成熟提供了新的技术手段。

本研究成功构建了一种基于脑脱细胞外基质水凝胶和柔性多通道电极的电子脑生物芯片，实现了仿生三维神经微环境构建与神经电生理活动实时监测的有机结合。该平台以脑源性细胞外基质为生物支架，为神经细胞提供接近天然脑组织的微环境；同时，通过柔性电极阵列实现对三维神经网络活动的长期、稳定和多通道记录。该策略有效突破了传统体外脑模型在基质仿生性、三维结构构建和功能监测方面的局限。该电子脑生物芯片在未来可进一步与脑类器官、血管化结构、免疫细胞和微流控系统结合，构建更复杂的人源化脑组织模型。同时，结合高通量药物筛选、神经疾病模型和人工智能信号分析，该平台有望成为研究脑发育、神经退行性疾病、神经毒性和脑功能调控的重要工具。相关论文发表在期刊ACS Nano上，新加坡国立大学刘晓艳博士为文章第一作者。