（1）磁电 FO@BTO 纳米材料的合成与表征

采用两步法合成具有核壳结构的磁电FO@BTO纳米发电机：首先通过溶剂热反应制备FO纳米颗粒，随后以钛酸四丁酯为前驱体经溶胶-凝胶法包覆TiO₂层，并在氢氧化钡溶液中水热转化为BTO壳层，最后经H₂O₂羟基化处理。SEM表征显示（图2a），未包覆的FO颗粒表面粗糙且存在聚集，BTO沉积后形成颗粒状外层，壳层厚度随前驱体浓度增加而增大；当FO:TBOT:BH摩尔比为1.0:3.5:3.5时保持球形形貌，而过高比例（1.0:5.0:5.0）导致结构畸变。XRD分析证实（图2b），随BTO含量增加，FO特征衍射峰强度逐渐降低，BTO峰逐渐增强，表明FO核被BTO壳逐步包覆。将样品嵌入PVA薄膜并置于交变磁场中测试磁电性能（图2c），输出电压随BTO含量增加而升高，在1.0:3.5:3.5比例下达峰值，继续增加BTO含量则因壳层过厚削弱FO核的磁致伸缩响应而导致输出下降；该优化配方的纳米颗粒产率为85.4 ± 9.7%（n = 4）。TEM表征（图2d）显示优化后的FO@BTO颗粒呈球形，平均粒径约110 nm，BTO壳层均匀包覆FO核；EDS元素 mapping（图2e）证实Fe富集于核区，O分布于整体，Ba和Ti主要定位于壳层。SQUID磁学测试（图2f）表明FO和FO@BTO均呈现超顺磁性，FO@BTO的饱和磁化强度由FO的60.2 emu g⁻¹降至43.2 emu g⁻¹，归因于BTO绝缘壳层对FO磁核的磁偶极运动限制。将FO@BTO颗粒涂覆于FTO玻璃基底并置于生理电解质中测试压电输出（图2g），在交变磁场下产生脉冲电流，而单独的FO或BTO颗粒几乎无电流产生；输出电流随磁场强度（0–1.0 mT）增加而升高。多次循环激活测试（图2h）显示FO@BTO颗粒具有稳定的可重复电流输出，无明显性能衰减，表现出优异的耐久性和机械稳定性。

图2. FO@BTO纳米发电机的表征。（a）不同FO:TBOT:BH摩尔比下FO及FO@BTO颗粒的SEM图像；（b）不同摩尔比FO@BTO颗粒的XRD图谱；（c）不同摩尔比FO@BTO颗粒在交变磁场下的磁电响应；（d）FO@BTO纳米发电机的TEM图像；（e）FO@BTO纳米发电机的EDS元素分布；（f）FO及FO@BTO纳米发电机的磁滞回线；（g）FO、BTO及FO@BTO纳米发电机在交变磁场下的电流-时间响应；（h）FO@BTO纳米发电机在交变磁场循环开关下的电流-时间响应。

（2）新型金属配合物的合成与表征，NG MPs的磁电性能，稳定性及在胃中的滞留情况

优化后的FO@BTO纳米发电机经表面羟基化后，通过儿茶酚介导的粘附作用锚定于DA-Alg/PEDOT:PSS导电复合基质上，再经钙离子交联固化，制备得到FO@BTO@DA-Alg/PEDOT:PSS微颗粒（NG MPs）。DA-Alg通过EDC-NHS碳二亚胺偶联反应合成，FTIR光谱显示（图3a），DA-Alg在1285 cm⁻¹（DA的Ar-OH）、1604和1409 cm⁻¹（Alg羧酸根）及1031 cm⁻¹（Alg骨架C-O-C伸缩振动）处出现特征吸收峰；¹H NMR光谱（图3b）进一步证实DA与Alg的成功偶联，在6.6–6.8 ppm（DA芳香质子）、2.8–3.2 ppm（DA胺基相邻亚甲基质子）及3.5–4.0 ppm（Alg多糖骨架质子）处观察到特征峰。UV-vis光谱定量分析（图3c）显示，随DA与Alg重复单元投料比增加，DA接枝量逐渐升高并在3:1时达到平台，该比例被选为最优配方。DA-Alg与PEDOT:PSS离子复合后，FTIR光谱（图3a）在1630 cm⁻¹（PEDOT:PSS的C=C伸缩振动）和683 cm⁻¹（C-S键）处出现PEDOT:PSS特征峰，同时保留Alg信号；电导率测试表明（图3d），DA-Alg/PEDOT:PSS复合材料的电导率较未改性Alg或DA-Alg单独体系提高7.5倍。微流控装置中钙离子交联制备的微颗粒呈球形，平均粒径约300 µm（图3e），NG MPs中FO@BTO纳米发电机均匀分布，与不含纳米发电机的对照组形成明显区别（图3f）。

NG MPs、NG-free MPs及非导电MPs（不含PEDOT:PSS的FO@BTO@DA-Alg MPs）嵌入PVA薄膜后置于交变磁场中测试磁电性能。结果显示（图3g），NG-free MPs仅产生极小的基线电压，而含PEDOT:PSS导电基质的NG MPs较非导电MPs电压输出提高约60%。将各组MPs涂覆于FTO玻璃基底测试压电电流（图3h），NG MPs产生的脉冲电流显著强于非导电MPs。NG MPs在37°C模拟胃液及模拟肠液中孵育后仍保持球形形貌（图3e），且电压和电流输出不受模拟胃液影响（图3g、h）；不含DA的非粘附性MPs中FO@BTO纳米发电机大量泄漏，而NG MPs无泄漏（图3i），证实儿茶酚介导的粘附作用。离体胃粘附实验中（图3j），NG MPs在45°倾斜的胃组织表面保留率约60%，显著高于非粘附对照组（约30%），底部施加静磁场5分钟后保留率提升至约90%（图3k）；剪切拉伸剥离实验进一步证实NG MPs的粘附强度显著高于非粘附对照组。

（3）NG MPs 的生物相容性， 磁电生物电信号转导的体外可行性研究

采用Caco-2细胞评估NG MPs的生物相容性，在不同浓度下无论是否施加交变磁场，细胞存活率均保持在90%以上（图4a、b），与未处理对照组无显著差异，表明NG MPs具有良好的细胞相容性且磁电刺激不诱导细胞毒性；荧光标记实验显示NG MPs未被Caco-2细胞内化，提示其口服后可能局限于胃肠道腔内。建立跨孔共培养体系模拟胃肠-神经界面，Caco-2细胞培养于上室模拟胃上皮，SH-SY5Y神经元样细胞培养于下室，NG MPs添加于顶室并粘附于Caco-2单层；单独交变磁场或单独NG MPs均未引起SH-SY5Y细胞显著钙内流，而NG MPs联合交变磁场刺激后细胞内Ca²⁺水平显著升高（图4c），表明NG MPs可将磁场转化为局部电信号并跨上皮屏障激活神经元。大鼠口服灌胃评估NG MPs体内胃滞留，ICG标记的NG MPs在无磁引导组中荧光强度随时间逐渐增加，30分钟达峰值（图4e），而磁引导组（灌胃后外部静磁场作用5分钟）立即出现强烈荧光且峰值更高、分布面积更大（图4d、e），两组荧光均随时间逐渐减弱。

图4.  NG MPs的细胞毒性、磁电神经激活及胃分布。（a）不同浓度NG MPs在无交变磁场刺激下的细胞毒性；（b）不同浓度NG MPs在有交变磁场刺激下的细胞毒性；（c）不同处理后SH-SY5Y细胞荧光Ca²⁺内流的CLSM图像及定量分析；（d）口服灌胃NG MPs后大鼠胃分布评估的实验流程示意图，蓝色箭头表示近红外荧光图像采集时间点；（e）有/无磁吸引条件下ICG标记NG MPs口服后不同时间点离体胃的近红外荧光图像。

（4）口服给药的 NG MPs 的生物安全性评估

大鼠口服NG MPs并施加1小时胃部交变磁场刺激后评估生物安全性。体外热成像显示NG MPs在模拟胃液中经交变磁场刺激仅产生微弱温升；血清生化指标检测显示（图5a），NG MPs/+AMF组AST、ALT、CRE和BUN水平均在生理范围内，与健康对照组无显著差异；主要脏器（脑、心、肺、肝、脾、胰、肾、胃、肠）组织学检查未见炎症、损伤或病理改变（图5b）。连续两周每日口服NG MPs联合交变磁场刺激后，血清生化指标仍维持正常，胃组织H&E染色未见炎症或结构异常。ICG标记NG MPs口服后24小时内主要脏器离体近红外荧光成像未见可检测信号（图5c），表明NG MPs局限于胃肠道未进入体循环；颗粒经粪便在24小时内完全排出（图5d）。左侧颈迷走神经记录显示（图5a），仅交变磁场刺激未引起明显神经激活，而NG MPs联合交变磁场刺激后迷走神经放电显著增加并持续约60分钟；离体胃组织测量证实（图5b、c），NG MPs处理后的胃在交变磁场下产生约5 µA峰值电流，而对照组织无信号，该电流处于低强度迷走神经刺激范围。

（5）口服给予的 NG MPs/+AMF 的治疗效果

采用ACh-CaCl₂混合液连续7天尾静脉注射建立大鼠AF模型，第4天起治疗组每日口服NG MPs并经磁引导至胃壁，随后施加1小时交变磁场刺激，每次刺激后立即注射ACh-CaCl₂并监测心电图（图6a）。ECG记录显示（图6b），未治疗AF大鼠出现不规则R-R间期，而NG MPs/+AMF组AF持续时间显著缩短且发作频率降低（图6c），单独NG MPs或单独交变磁场均无抗心律失常效果。治疗前后心率无显著差异（图6d），提示刺激强度低于激活心脏副交感传出纤维的阈值。免疫荧光染色显示（图7b），未治疗AF大鼠Cx43表达显著下调并从闰盘错位分布至侧膜（图7c、d），而NG MPs/+AMF组Cx43表达恢复且主要定位于细胞间连接处，Masson三色染色各组均未检测到纤维化组织。这些结果表明NG MPs/+AMF通过调控自主神经-免疫轴减轻电重构和AF持续时间。

（6）LL-VNS 的神经免疫机制

NG MPs/+AMF处理后大鼠NTS中c-Fos阳性神经元数量较未治疗AF对照组显著增加（图8a），表明迷走传入激活引发中枢自主神经调控。脾脏去甲肾上腺素和乙酰胆碱水平显著升高（图8b、c），心脏组织和循环中TNF-α、IL-1β、IL-6和IFN-γ等促炎因子显著降低（图8d、e）。脾脏ChAT和α7 nAChR表达亦升高。迷走神经切断术后，NTS c-Fos无增加，脾脏NE和ACh不可检测，促炎因子维持高位，Cx43表达下调且侧膜分布，AF持续时间和频率未减少（图6b、c、7b-d、8a-e）；脾切除术后NTS c-Fos诱导保留，但AF发作持续，TNF-α和IL-1β水平仍高（图8f-i）。这些结果证实NG MPs/+AMF的治疗效应依赖于完整的迷走传入信号和脾脏介导的胆碱能抗炎通路。

图8. 磁电迷走神经刺激在AF大鼠中的治疗机制。（a）各组NTS中c-Fos表达的免疫荧光染色图像及c-Fos阳性核百分比定量分析；（b）各组脾脏去甲肾上腺素水平；（c）各组脾脏乙酰胆碱水平；（d）各组心脏促炎因子水平；（e）各组血清促炎因子水平；（f）脾切除AF大鼠有/无NG MPs/+AMF处理的代表性ECG信号及AF持续时间；（g）脾切除大鼠连续7天有/无NG MPs/+AMF处理的AF持续时间；（h）脾切除大鼠不同处理条件下心脏TNF-α和IL-1β水平；（i）脾切除大鼠不同处理条件下血清TNF-α和IL-1β水平。