水凝膠光纖因其與生物組織高度相似的機械性能、卓越生物相容性，以及能夠將光信號低損耗地傳導至目標區域的光傳導能力，從而廣泛應用于光醫學領域。然而，當其被植入生物體內進行長期工作時，生理活動所引起的組織不可避免且持續存在的微運動，會對光纖施加動態應力。在這種反復的機械擾動下，傳統由物理交聯方式構成的皮-芯雙層結構水凝膠光纖，其皮層與芯層之間的界面極易發生剝離和分層，導致光纖結構的完整性被破壞，嚴重影響了光纖的長期功能穩定性和可靠性。
近期，東華大學朱美芳教授團隊針對傳統多層結構水凝膠光纖在植入后因組織微運動而易發生界面剝離的關鍵難題，提出了一種極具創新性的解決方案。通過原位動態聚合紡絲技術，成功構建了一種具有穩定融合界面的水凝膠光纖（AHO）（圖1）。在紡絲過程中，皮層和芯層材料經由同軸噴絲頭同步擠出、同時成型。通過協同的共價交聯與物理交聯作用，界面處形成了互穿的聚合物網絡，從根本上解決了傳統多層水凝膠光纖因僅依賴物理貼合而導致界面結合力弱、易在體內受到微動而被破壞的難題。
對于需要長期植入的光遺傳學應用而言，界面相互作用的穩定性直接決定了其功能性與可靠性。圖2展示了如何通過官能團設計實現皮層與芯層的雙重交聯；繼而描繪了原位動態聚合紡絲這一工藝創新的過程。在此基礎上，通過力學性能數據（界面韌性16.28 J/m2）對界面強度進行了定量表征。它有力地證明了通過原位動態聚合紡絲技術，成功構建了具有分子尺度融合界面的水凝膠光纖，為解決柔性植入式光纖的界面失效問題提供了堅實的理論和實驗基礎。
2026年2月19日，該工作以“In Situ Dynamic Polymerization Spinning of All-Hydrogel Optrode with Stable Syncretic Interface for Long-Term Tolerance of Tissue Micromotion”為題發表在《ACS Nano》上（ACS Nano 2026, 20, 8, 7117–7126）。陳國印為論文通訊作者，潘弘宇、鄭佳豪為共同第一作者。
圖1 水凝膠光纖皮芯界面在植入后組織微運動下的失效機制示意圖，及其通過原位動態聚合構建AHO穩定融合界面
圖2 AHO的機械性能（a）微運動下兩根纖維界面變化的示意圖;（b）OWHF和（c）AHO經模擬微運動載荷后皮-芯界面的光學顯微鏡示意圖;（d）剝離曲線，力/寬度與位移的關系；以及（e）三個界面相互作用不同樣品的界面韌性;（f）干燥和濕潤的AHO的應力-應變曲線;（g）干燥濕潤的AHO的伸長率、拉伸強度及楊氏模量;（h）AHO與其他纖維拉伸強度及楊氏模量的比較圖。
綜上所述，本研究通過原位動態聚合紡絲技術，從分子層面構建了穩定的皮-芯層融合界面，成功攻克了水凝膠光纖在體內因組織微運動而界面失效的關鍵瓶頸。其綜合表現出穩定的界面結構、優異的機械性能、較低的炎癥反應以及在生理環境下的穩定光遺傳能力，為在深層組織光醫學應用方面展現出巨大潛力。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c19710
- 中科院深圳先進院研發適用于活體神經調控的柔性光遺傳技術 2018-06-14
