近日，芝加哥大学田博之、刘翀教授团队携手在顶级期刊《Nature Materials》发表了一项重磅研究，受自然界矿物 - 生物相互作用的启发，他们将锂电池的经典正极材料磷酸铁锂（LiFePO₄）“跨界” 用到了生物电子领域，开发出了名为 MOBILE（Mineral-Originated Bioelectronics for Inhibition via Lithium Electrochemistry，基于锂电化学的矿物源生物电子抑制系统）的全新平台，实现了对神经活动的精准、局部抑制，为疼痛治疗等神经调控应用打开了全新的方向。
生物电子器件一直以来都凭借高时空分辨率与可编程能力，被视为医学领域的未来方向，但想要实现分子特异性、全电学调控的生物活性精准调制，始终是领域内的巨大挑战。传统的神经调控手段要么是非特异性的电刺激，要么是全身给药的离子治疗，要么难以精准控制作用范围，要么容易引发全身性的副作用，始终无法兼顾精准与安全。
而这项研究，把我们最熟悉的电池材料，变成了解决这个问题的钥匙。
MOBILE 平台的整体研究构想与应用场景，来源：该研究论文（Nature Materials, 2026）
要把工业界的电池材料用到生物体内，首先要回答一个核心问题：它能不能在复杂的生理环境里稳定、安全地工作？
为了验证这一点，研究团队首先借助电化学工作站系统测试了磷酸铁锂在模拟生物体液中的电化学响应。结果发现，这种材料可以在非常低的电位下实现脱锂过程 —— 也就是释放出锂离子，这一过程不仅不会引发有害的副反应，还能把电信号高效转化为锂离子的输出，完美适配生物体内的工作环境。
同时，为了确认材料在多次使用后的稳定性，研究人员利用X 射线衍射仪（XRD）与扫描电子显微镜（SEM），对材料在多次循环释锂前后的晶体结构与微观形貌进行了细致的表征。结果证实，磷酸铁锂在生理环境中依然能保持稳定的橄榄石晶体结构，不会因为离子的嵌入脱出发生崩解，完全可以安全地在生物体液中长期工作。
除此之外，他们还通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）精准定量了不同电刺激条件下的锂离子释放量。实验结果让人惊喜：磷酸铁锂的释锂过程可以实现近乎二进制的 “开 / 关” 切换 —— 加电就精准释放锂离子，断电就立刻停止，而且释放的范围高度局域化，只会作用于目标组织区域，不会扩散到周围。这就完美解决了传统系统性锂治疗的痛点：只需要极低的局部剂量，就能达到治疗效果，完全避免了全身给药带来的副作用。
磷酸铁锂材料的性能表征结果，来源：该研究论文（Nature Materials, 2026）
解决了材料的问题，接下来的挑战是：磷酸铁锂原本是粉末状的电池正极材料，怎么把它做成可以植入体内、贴附在神经组织上的柔性生物电子器件？
为此，团队开发了一种全新的阴极材料光刻（CAMP）方法，解决了颗粒型电池材料的微加工难题，让磷酸铁锂可以像传统半导体材料一样，被加工成高精度的微电极。
借助紫外光刻系统，他们实现了磷酸铁锂材料的直接单步光图案化 —— 不需要提前做模具，就能一步加工出特征尺寸小于 100μm 的复杂电极形状，完全可以适配各类生物电子器件的需求。在加工过程中，研究人员还通过旋涂仪将磷酸铁锂浆料均匀涂覆在柔性基底上，再通过等离子体清洗机对基底进行表面处理，提升材料与基底的结合力，最终得到的柔性电极可以承受 20% 的拉伸应变，哪怕是贴附在不规则的神经组织表面，也能完美贴合，不会因为组织的活动而脱落。
MOBILE 器件的加工流程与性能测试，来源：该研究论文（Nature Materials, 2026）
器件做出来了，那它真的能调控生物活动吗？研究团队接下来在细胞层面展开了完整的功能验证。
他们利用共聚焦激光扫描显微镜，对细胞进行了荧光成像观察，清晰地捕捉到了这样的过程：当电极加电后，局部释放的锂离子很快被周围的神经元摄取，而且整个过程只发生在电极附近的微小区域里，不会扩散到远处的细胞，完美验证了释锂的局域性。
为了确认锂离子对神经活动的真实影响，研究人员借助全细胞膜片钳系统，实时记录了神经元的电活动。结果显示，在锂离子释放后，神经元的动作电位发放被快速、可逆地抑制了 —— 也就是说，神经信号的传递被精准 “关掉” 了，而且在停止释锂后，神经活动很快就恢复了正常，没有造成不可逆的损伤。同时，他们还通过分子生物学检测仪器，验证了锂离子对下游细胞信号通路的调控作用，完整建立了 “电触发 - 离子释放 - 细胞响应” 的整个调控链路。
细胞层面的生物功能验证结果，来源：该研究论文（Nature Materials, 2026）
最后，研究团队把这个器件推进到了动物实验，验证它在真实生物体内的调控效果。
在离体神经实验中，他们使用多通道电生理记录系统，实时监测了神经的放电活动。结果显示，当器件触发锂离子释放后，目标区域的神经活动被快速抑制，而周围的神经活动完全没有受到影响，完美实现了局部的精准调控，不会干扰到其他正常的神经功能。
随后，他们在动物的慢性疼痛模型中展开了测试。通过Von Frey 纤维丝测痛仪等行为学测试仪器，研究人员发现，植入 MOBILE 器件后，动物的痛觉过敏症状得到了明显的缓解，而且整个过程没有出现全身的锂中毒副作用。这意味着，这种技术完全可以用于临床的慢性疼痛治疗，甚至未来还可以拓展到癫痫、抑郁症等更多神经疾病的治疗中。
体内神经调控与疼痛缓解的实验结果，来源：该研究论文（Nature Materials, 2026）
这项研究的意义，远不止开发了一个新的神经调控器件。它第一次把成熟的锂电池材料跨界用到了生物电子领域，证明了这些原本用于储能的材料，完全可以通过可控的离子释放，直接参与生物活动的调控。
而这种 “矿物源生物电子学” 的全新思路，未来还可以拓展到更多的材料和离子体系里，为下一代生物电子器件打开了全新的设计思路 —— 或许在未来，我们手机里的每一种电池材料，都能成为治疗疾病的新工具。
本文内容基于芝加哥大学田博之、刘翀团队 2026 年发表于《Nature Materials》的研究成果整理。
