Advanced Materials | “一键止痛”成为现实：近红外光控植入式设备开启即时镇痛新时代

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对于全球数百万遭受慢性神经痛（如幻肢痛）折磨的患者而言，疼痛的发作往往是散发、不可预测且剧烈的。传统的止痛方法，无论是药物镇痛还是物理治疗，其响应时间往往以分钟甚至小时计，远水解不了近渴，无法应对突如其来的剧痛。虽然高频电刺激已被证明能有效阻断神经信号，但如何实现一个可按需、实时、无创激活的植入式控制系统，一直是该领域面临的巨大挑战。

近日，一篇发表于国际顶尖期刊《Advanced Materials》的开创性研究，为我们带来了革命性的答案。来自中国科学院化学研究所等机构的科研团队，成功开发了一种可植入的近红外（NIR）疼痛缓解控制器。该设备如同一个植入体内的“光控开关”，仅需外部一道无创的近红外光照射，便能在毫秒之间“切断”疼痛信号的传递，真正实现了“一键止痛”的梦想。

该研究的主要进步与发展

1）核心创新：用“光”作为神经阻断的遥控器

该技术的核心是一个可拉伸的有机光电晶体管，它被设计成一个微型、柔软、可植入的设备。其工作原理极为巧妙：

无线激活：操作者只需从体外用一个安全的近红外（NIR）光（波长808nm）照射植入设备所在的皮肤区域。由于近红外光对生物组织具有良好的穿透性，因此这一过程完全无创。

光电转换：植入体内的光电晶体管在接收到近红外光后，会立刻将其转化为电信号。

神经阻断：该电信号进而控制一个集成的振荡电路，产生高频（5-50 kHz）的交流电。当这个高频电流通过柔性电极施加在目标神经（如坐骨神经）上时，便能有效“麻痹”神经，阻断疼痛信号向大脑的传递。整个过程实现了从外部光照到内部神经调控的无线、实时联动。

图1：近红外光控疼痛缓解系统的概念与设计

图片说明：该图全面展示了本研究的设计理念。b图描绘了体外近红外光如何激活植入皮下的柔性光电晶体管控制器，从而产生高频电流，阻断由肢体末端向上传递的疼痛信号。a图则揭示了其核心光电晶体管的材料与结构设计，特别是IDTBT /Y6异质结的运用。（改编自论文图1)

2）材料科学的巨大突破：超高灵敏度的有机“慧眼”

要实现深层组织下的光控，对光电晶体管的灵敏度要求极高。研究团队通过分子工程，将两种有机半导体材料——非晶态聚合物IDTBT和高效非富勒烯受体Y6——巧妙地结合，形成了一个“体异质结”（BHJ）活性层。这一组合堪称“天作之合”：

超高探测率：它实现了高达 9.4times1013 Jones的探测率，对极其微弱的近红外光（10−4textmWcm−2）也有响应，足以探测到穿透10厘米组织的微弱光信号。

优异的力学性能与生物相容性：整个器件被封装在柔软、可拉伸的SEBS材料中，能够承受高达50%的拉伸和上万次弯折，并可在模拟体液中稳定工作超过一个月，展现出卓越的体内应用潜力。

3）速度与精度的革命：毫秒级、可调控的疼痛抑制

这项技术最令人震撼的是其前所未有的响应速度和精准调控能力。

毫秒级响应：在大鼠坐骨神经模型上，从外部施加光照到神经信号被完全抑制，整个过程的延迟时间仅为十几毫秒。这比人类感知疼痛的速度还要快，意味着患者在感觉到疼痛的瞬间，理论上就可以将其“关闭”。

强度可调：通过简单地调节体外近红外光的强度，就可以精确地控制内部产生的高频电流频率（从1-50 kHz），从而实现从轻度缓解到完全阻断的不同程度的镇痛效果，为个性化治疗提供了可能。

图2：光控神经信号抑制的活体验证（改编自论文图4）

图片说明：该图展示了在大鼠模型上进行的活体验证。c图显示，通过调节外部光照强度，可以控制对电刺激引起的腿部反射动作的抑制程度。d图和e图则通过记录神经复合动作电位（CAPs），定量地证明了随着光照强度增加，神经信号的抑制率可高达96.5%，几乎完全阻断了信号传导。

4）清醒动物模型的成功验证：从信号阻断到行为改变

为了证明其真实的镇痛效果，研究团队在清醒的大鼠上进行了经典的“von Frey”触觉疼痛测试。结果显示，在没有光照时，大鼠对约40克的针刺力就会产生缩爪反应；而在施加了100 mW/cm²的近红外光后，其疼痛阈值飙升至166.5克，几乎完全消除了对疼痛的感知。这雄辩地证明了该技术能够有效地、实时地消除痛觉。

图3：清醒大鼠疼痛行为学测试结果（改编自论文图5）

图片说明：该图展示了在清醒大鼠上进行的疼痛行为学测试。b图通过一系列照片，直观显示了在不同光照强度下，大鼠对相同刺激力的反应截然不同。c图和d图的定量分析曲线则清晰地表明，随着光照强度的增加，诱发疼痛所需的物理力量（疼痛阈值）显著提高，证明了其强大的镇痛效果。

结论与评价

总而言之，《用于一键激活疼痛缓解的高灵敏度可植入近红外光电晶体管》这项研究，是生物电子学和疼痛医学领域的一项里程碑式的成就。它通过将尖端的有机半导体材料与创新的神经调控策略相结合，成功地将复杂的镇痛需求简化成了一个简单、直观、即时的“光控”操作。

这项技术的进步是多维度的：它不仅在响应速度上实现了对传统疗法的碾压式超越，更在按需调控和无创激活方面展现了巨大的临床优势。它为开发新一代非药物、无成瘾性的慢性疼痛治疗方案提供了切实可行的技术蓝图，有望在未来让数百万患者摆脱突发剧痛的困扰，真正实现“我的疼痛我做主”。

▼参考文献

[1] Jia, L., Shi, L., Li, Z., Ge, Y., He, Z., Wang, W., Wang, W., Mei, X., Zhan, Z., Ye, D., Wang, D., Liu, L., Dai, X., Zou, Y., Li, J., Zhang, F., Zhang, L., Di, C.-a., & Zhu, D. (2025). Highly-Sensitive Implantable NIR Phototransistor for One-Click Pain Relief Activation. Advanced Materials, 2507725.

https://doi.org/10.1002/adma.202507725

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编辑 | 张越青

排版 | 张艳青

审核 | 医工学人理事会

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