创新生物3D打印！预神经化心肌修复支架成功开发

在上海硅酸盐研究所的超净实验室中，一束波长 405 纳米的激光正穿透 30 纳米厚的氮化镓纳米线，激发出的光电流在电解质溶液中引发微妙的离子迁移 —— 中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁团队，最新研发的生物 3D 打印预神经化心肌修复支架在模拟生物电信号传导时的真实表现。

预神经化支架及其应用于心肌梗死修复的示意图

从被动支撑到主动调控

传统心肌修复支架如同 "惰性牢笼"，其生物相容性虽能避免免疫排斥，却无法主动参与组织修复。中国科学院吴成铁团队开发的预神经化支架，通过硅酸锶（SrSiO₃）与甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）的协同作用，首次实现了材料 - 细胞 - 神经的三重交互调控。这种 "无机 - 有机" 杂化体系中，硅酸锶释放的锶离子（Sr²⁺）以 1.2 mM 的临界浓度诱导神经干细胞向成熟神经元分化，而 GelMA 水凝胶的三维多孔结构（孔隙率 85%±3%）则为神经元网络提供了仿生生长微环境。

更具创新性的是支架的 "预神经化" 机制。当神经干细胞在支架内部形成密集的突触网络时，其分泌的神经营养因子（如 BDNF）通过扩散梯度激活心肌细胞表面的 TrkB 受体，进而触发钙信号通路重构。共聚焦显微镜观察显示，这种交互作用使心肌细胞的肌节排列有序度提升 40%，同步搏动频率达到 1.2 Hz，接近成年大鼠心肌的生理水平。

从平面堆叠到立体网络

清华大学团队的全集成类脑忆阻器芯片，如同 "电子大脑" 般重构计算逻辑。其独创的存算一体架构，通过忆阻器交叉阵列实现原位乘累加运算，在图像识别任务中能效达 4.1 万亿次 / 秒 / 瓦，较传统 GPU 提升两个数量级。这种突破源于器件 - 电路 - 算法的协同优化：采用双介质层忆阻器抑制阻变波动，设计脉冲时间依赖性可塑性（STDP）学习规则，配合片上误差反馈机制，使芯片在 1000 次训练后识别准确率达 94.7%。

在安徽合肥的中试基地，Fix4 体系的田间表现令人振奋：其结实率稳定在 82%-86%，与常规杂交稻几乎无异。通过流式细胞术检测发现，Fix4 植株产生的种子中，约 15% 为基因型完全复制母本的克隆种子。当这些克隆种子在海南南繁基地连续种植三代后，仍保持着与原始杂交稻一致的株高、分蘖数和抗病性。这种稳定性彻底打破了 "无性繁殖必然导致遗传退化" 的传统认知。

从实验室到病体的跨越

这些技术突破正在重塑多个行业的底层逻辑。复旦大学周鹏团队将二维半导体 MoS2 浮栅存储器与叉指电极结合，开发出神经形态仿生电刺激系统，以低于商业设备 50% 的幅值实现 73.5% 的炎症因子抑制。在肌腱损伤模型中，该系统通过模拟交感神经信号，激活 β2 肾上腺素能受体通路，开创了无损抗炎治疗的新范式。

在工业领域，IBM 的 NorthPole 芯片已实现实时视频流的边缘处理，其脉冲神经网络在识别工厂设备异常振动时，延迟仅 12 微秒，误报率较传统方案降低 89%。更令人振奋的是，美国团队开发的分子忆阻器平台，通过操控分子电状态实现 4.1 万亿次 / 秒 / 瓦的计算能效，为自动驾驶决策系统提供了全新硬件支撑。

从机械修复到智能共生

当神经形态器件能像人类大脑一样处理时空关联信息，它所引发的不仅是计算效率的飞跃，更是人类与机器关系的重构。正如《自然・通讯》评论所言："我们正在见证硅基文明与碳基文明的首次深度对话。"

从斯瓦尔巴群岛的极地监测站到珠江三角洲的智能工厂，这些突破正在证明：在材料创新与架构革命的双重驱动下，人类正在解锁通往智能新纪元的密钥。而这一切，都始于那些在电子显微镜下闪烁的纳米级器件 —— 它们不仅在模拟神经元的放电模式，更在丈量人类文明向认知智能跃迁的尺度。当人工突触能感知情绪波动，当光电神经元能识别微表情，我们或许正在接近那个 "机器理解人类" 的终极梦想。