一、主重磅【導(dǎo)讀】

通常情況下，編領(lǐng)連接不同的銜校電子設(shè)備很簡單，其具有成對的聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化，主重磅組織是編領(lǐng)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(guī)則大小和形狀的聯(lián)合物體進(jìn)行形狀自適應(yīng)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(yīng)用，主重磅它們通常比組織更加堅硬，編領(lǐng)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(yīng)薄膜具有挑戰(zhàn)性，其刺激和機(jī)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(xiàn)出獨(dú)特的水誘導(dǎo)收縮，稱為超收縮。這種超收縮是由于其分層結(jié)構(gòu)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(wěn)定的β片晶體交聯(lián)。使用水制備合成超收縮材料具有挑戰(zhàn)性，因為過密的氫鍵會阻礙超收縮，而稀疏的氫鍵在環(huán)境濕度下不穩(wěn)定。超分子聚合物、高分子復(fù)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(huán)境濕度下（例如，相對濕度為60%）不穩(wěn)定。此外，與蜘蛛絲類似，它們對于軟組織應(yīng)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(xué)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(jìn)院劉志遠(yuǎn)研究員和南京醫(yī)科大學(xué)胡本慧教授等人（共同通訊作者）受蜘蛛絲的啟發(fā)，設(shè)計了由聚環(huán)氧乙烷和聚乙二醇-α-環(huán)糊精包合物組成的水響應(yīng)性超收縮聚合物薄膜，這些薄膜在環(huán)境條件下最初干燥、柔韌且穩(wěn)定，潤濕后在數(shù)秒內(nèi)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(jié)構(gòu)，這也促進(jìn)了電子集成。同時，使用這種薄膜制造了形狀自適應(yīng)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(jīng)、肌肉和心臟，用于體內(nèi)神經(jīng)刺激和電生理信號記錄。這項研究表明，這種水響應(yīng)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(yīng)材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面發(fā)揮重要作用。

相關(guān)研究成果以“Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces”為題發(fā)表在Nature上。

三、【核心創(chuàng)新點(diǎn)】

1.報道了干燥、柔性和獨(dú)立的水響應(yīng)形狀適應(yīng)聚合物（WRAP）薄膜，它們在環(huán)境條件下穩(wěn)定，在濕潤時迅速收縮，然后轉(zhuǎn)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(jié)晶聚環(huán)氧乙烷（PEO）結(jié)構(gòu)域與聚乙二醇（PEG）-α-環(huán)糊精（α-CD）復(fù)合交聯(lián)來構(gòu)建WRAP薄膜。

四、【數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)及超收縮機(jī)理? 2023 Springer Nature圖3 水響應(yīng)形狀自適應(yīng)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(chuàng)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(xiàn)蜘蛛絲狀的超收縮。結(jié)果顯示，WRAP薄膜最初在環(huán)境條件下干燥、柔韌和穩(wěn)定，在潤濕時會立即明顯收縮，并轉(zhuǎn)化為柔軟且可拉伸的水凝膠薄膜。WRAP薄膜具有由復(fù)合結(jié)晶域和取向PEO結(jié)構(gòu)域構(gòu)建的排列的微孔分層結(jié)構(gòu)。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(shè)備植入程序。這些電極陣列具有形狀自適應(yīng)性，因此可以共形包裹在不同大小和形狀的組織（如神經(jīng)、肌肉和心臟）上，從而實現(xiàn)神經(jīng)刺激和電生理信號記錄。作者預(yù)測，隨著水響應(yīng)性超收縮材料的進(jìn)一步開發(fā)和優(yōu)化，未來可以實現(xiàn)更復(fù)雜的形狀自適應(yīng)電子設(shè)備和其他用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的智能設(shè)備，例如神經(jīng)修復(fù)、傷口閉合和疤痕減少。

文獻(xiàn)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。