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，顾宁院士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, 7393–7404），已通过国家药监局下属植入性医疗器械评价重点实验室评估论证，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，针对可注射磁性水凝胶微球的电磁性能调控，往往从材料设计/化学合成/掺杂纳米颗粒的角度出发，缺乏对凝胶微球拓扑结构改变对电磁性能影响的考虑，限制了磁刺激增强的植入式微纳医疗器械在临床的进一步推广。
针对以上问题，团队进一步从拓扑结构改变的角度出发，探究了磁刺激增强的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。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：通过微流体技术精确控制微凝胶的拓扑结构，实现了从简单泪滴状到复杂环形结构的多样性。
(2) 独特电耗散特性：发现环形结构的微凝胶具有独特的电耗散特性，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。
该工作由孙剑飞研究员及团队完成，并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