一、主重磅【導讀】

通常情況下，編領連接不同的銜校電子設備很簡單，其具有成對的聯合標準化接口，其中形狀和尺寸完美匹配。今日然而，材料組織-電子接口無法標準化，主重磅組織是編領柔軟的，具有任意形狀和大小，銜校使用熱收縮膜可以對不規則大小和形狀的聯合物體進行形狀自適應的包裹和覆蓋，在加熱時可以大量快速收縮。今日然而，材料這些材料不適合生物應用，主重磅它們通常比組織更加堅硬，編領并且在高于90℃的銜校溫度下收縮。因此，制備具有大而快速收縮的刺激響應薄膜具有挑戰性，其刺激和機械性能與脆弱組織和電子整合過程需要兼容。在自然界中，蜘蛛絲表現出獨特的水誘導收縮，稱為超收縮。這種超收縮是由于其分層結構造成的，無定形域中的定向聚合物鏈由水可破壞的氫鍵保持，并由穩定的β片晶體交聯。使用水制備合成超收縮材料具有挑戰性，因為過密的氫鍵會阻礙超收縮，而稀疏的氫鍵在環境濕度下不穩定。超分子聚合物、高分子復合材料和嵌段共聚物最近被用于制造收縮纖維。然而，其中一些在環境濕度下（例如，相對濕度為60%）不穩定。此外，與蜘蛛絲類似，它們對于軟組織應用來說過于堅硬，并且與二維平面制造工藝不兼容。

二、【成果掠影】

在此，新加坡南洋理工大學陳曉東教授，新加坡科技研究局（A*STAR）高華健院士，中科院深圳先進院劉志遠研究員和南京醫科大學胡本慧教授等人（共同通訊作者）受蜘蛛絲的啟發，設計了由聚環氧乙烷和聚乙二醇-α-環糊精包合物組成的水響應性超收縮聚合物薄膜，這些薄膜在環境條件下最初干燥、柔韌且穩定，潤濕后在數秒內收縮其原始長度的50%以上（約每秒30%），此后變得柔軟（約100 kPa）和可拉伸（約600%）水凝膠薄膜。這種超收縮歸因于薄膜的排列微孔分層結構，這也促進了電子集成。同時，使用這種薄膜制造了形狀自適應電極陣列，通過超收縮簡化了植入過程，并在潤濕時保形包裹不同大小的神經、肌肉和心臟，用于體內神經刺激和電生理信號記錄。這項研究表明，這種水響應材料可以在塑造下一代組織-電子界面以及拓寬形狀自適應材料的生物醫學應用方面發揮重要作用。

相關研究成果以“Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces”為題發表在Nature上。

三、【核心創新點】

1.報道了干燥、柔性和獨立的水響應形狀適應聚合物（WRAP）薄膜，它們在環境條件下穩定，在濕潤時迅速收縮，然后轉化為柔軟和可拉伸的水凝膠薄膜，與軟組織和平面電子制造工藝兼容；

2.通過定向水溶性半結晶聚環氧乙烷（PEO）結構域與聚乙二醇（PEG）-α-環糊精（α-CD）復合交聯來構建WRAP薄膜。

四、【數據概覽】圖1 超收縮WRAP薄膜的制備和表征? 2023 Springer Nature圖2 WRAP薄膜的微觀結構及超收縮機理? 2023 Springer Nature圖3 水響應形狀自適應電極陣列作為可植入的刺激和記錄電極? 2023 Springer Nature圖4 WRAP電極用于RPNI、心外膜記錄和微創植入? 2023 Springer Nature

五、【成果啟示】

綜上所述，本文基于合成材料α-CD、PEG和PEO的組合來制造WRAP薄膜，以實現蜘蛛絲狀的超收縮。結果顯示，WRAP薄膜最初在環境條件下干燥、柔韌和穩定，在潤濕時會立即明顯收縮，并轉化為柔軟且可拉伸的水凝膠薄膜。WRAP薄膜具有由復合結晶域和取向PEO結構域構建的排列的微孔分層結構。基于WRAP薄膜，制造了可按需快速收縮的電極陣列，大大簡化和加快了設備植入程序。這些電極陣列具有形狀自適應性，因此可以共形包裹在不同大小和形狀的組織（如神經、肌肉和心臟）上，從而實現神經刺激和電生理信號記錄。作者預測，隨著水響應性超收縮材料的進一步開發和優化，未來可以實現更復雜的形狀自適應電子設備和其他用于生物醫學應用的智能設備，例如神經修復、傷口閉合和疤痕減少。

文獻鏈接：“Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces”（Nature，2023，10.1038/s41586-023-06732-y）

本文由材料人CYM編譯供稿。