近年来，磁性纳米颗粒介导的神经磁刺激具有空间定位精准、突破深度限制以及可利用MRI示踪等优点，具有较好的临床应用转化前景。在前期工作中，顾宁教授及团队孙剑飞研究员基于微流控电喷雾方法将纳米氧化铁封装在微凝胶中，制备出尺寸均一、粒径可调、磁性增强的可注射磁性水凝胶微球，可在脑区内长期安全稳定驻留（Nano Res. 2023, 16, 7393），已通过国家药监局植入性医疗器械评价重点实验室认证，符合我国植入式医疗器械标准，有望成为用于磁刺激增强的植入式微纳医疗器械。然而，传统上往往从材料化学设计和掺杂角度对微纳水凝胶器械的电磁性能进行调控，关于凝胶拓扑结构对电磁性能影响的研究还较少，限制了相关植入式微纳医疗器械在临床的进一步推广。
针对以上问题，本团队进一步从拓扑学理论出发，研究液滴凝胶化过程中拓扑结构瞬态变化的阻抗谱特性，探究植入式微纳医疗器械电学性能的变化。基于硼酸酯快速交联策略的系统，实现了磁性环形微凝胶演变过程中多个瞬态结构的精确捕获，得到了从泪滴到环形结构的6种拓扑结构，并系统研究了这些不同结构在电耗散特性上的差异。研究发现，拓扑结构的变化显著影响了磁性微凝胶的电学性质，特别是具有环形结构的微凝胶在低频下展现出高强度的电耗散。在环形凝胶结构中加入二硫化亚铁纳米颗粒并改变pH值可诱导对称性破缺，实现电耗散特性的动态调整。这一成果为未来拓扑结构调控磁刺激增强的植入式微纳医疗器械电磁性质的研究提供了理论和方法基础。
研究亮点：
(1) 微流体技术精确控制：通过微流体结合快速凝胶化技术，实现了对液滴凝胶化过程中瞬变拓扑结构的精确捕获，制备出从简单泪滴状到复杂环形结构的多种凝胶微纳结构材料。
(2) 独特电耗散特性：通过拓扑学理论解释了环形结构微凝胶的电耗散特性，为磁刺激增强的植入式微纳医疗器械的性能调控提供了新的设计思路。
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重大项目的资助，相关研究论文于2024年12月在线发表于Advanced Materials.（L. Wang et al., Electrical Dissipation Factor Measurements of Droplet Impact-Derived Microgels with Different Topological Structures. Adv. Mater. 2024, 2413457.）
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202413457
