由于類橡膠彈性體在柔性可拉伸的可穿戴、可植入電子器件或相關(guān)研究領(lǐng)域取得了科學(xué)突破，因此，具有類似機(jī)械性能的可降解彈性體可能會(huì)在生物可吸收瞬態(tài)電子領(lǐng)域，甚至是未開發(fā)的領(lǐng)域中，帶來(lái)類似的技術(shù)創(chuàng)新。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，韓國(guó)高麗大學(xué)（Korea University）的研究人員報(bào)道了一種高度可拉伸、可生物降解的彈性體，其拉伸率可達(dá)~1600%，在韌性、耐撕裂性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面具有優(yōu)異的性能，所有這些都經(jīng)過(guò)了全面的機(jī)械和生化研究的驗(yàn)證。薄膜的簡(jiǎn)單成形特性，使幾乎任何類型的電子器件都能夠集成，并且具有可調(diào)的、合適的粘合強(qiáng)度。對(duì)機(jī)械變形耐受/敏感的導(dǎo)電彈性體顯示出多功能監(jiān)測(cè)/傳感組件的可能性，特別是應(yīng)變耐受復(fù)合材料即使在~550%的拉伸應(yīng)變下也能保持高水平的導(dǎo)電性。軟電子夾具和瞬態(tài)無(wú)縫線心臟護(hù)套的成功演示，使其可能成為軟體機(jī)器人和生物醫(yī)學(xué)植入物應(yīng)用中復(fù)雜、多功能、可生物降解電子器件的基石。

在本研究中，通過(guò)L-丙交酯（LA）和ε-己內(nèi)酯（CL）的開環(huán)聚合來(lái)制備可生物降解、超拉伸彈性體PLCL，其中，硬域（LA）和軟域（CL）以5:5的比例進(jìn)行物理交聯(lián)。改變單體與引發(fā)劑的比例會(huì)產(chǎn)生不同分子量（Mn）的PLCL彈性體，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)的化學(xué)/物理/機(jī)械性能。設(shè)計(jì)成花形的PLCL具有優(yōu)越的拉伸性（~1600%）和酶/化學(xué)降解性，適用于瞬態(tài)可生物降解電子系統(tǒng)的各種研究領(lǐng)域。此外，PLCL彈性體在韌性、耐撕裂性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面也具有優(yōu)異的性能。

高度可拉伸、可加工、可生物降解的彈性體，適用于瞬態(tài)電子的多種應(yīng)用

PLCL彈性體的化學(xué)、機(jī)械和物理特性

由作為聚合物基質(zhì)的PLCL、作為生物相容性導(dǎo)電填料的聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）和作為生物相容性/可生物降解增塑劑的n-甲基-n-丁基吡啶二（三氟甲烷磺酰）亞胺（P14[TFSI]）組成的可部分生物降解的導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料，在優(yōu)化重量比（PLCL:PEDOT:PSS:P14[TFSI]=0.6:0.4:1）下，表現(xiàn)出優(yōu)異的初始電導(dǎo)率（~220 S/cm）和拉伸性能（550%），在40%應(yīng)變下具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

具有有機(jī)和無(wú)機(jī)填料的不同類型的瞬態(tài)導(dǎo)電彈性體

PLCL的主要特性可以為軟機(jī)器人或交互界面提供不同的材料和設(shè)計(jì)選擇。研究人員描述了一種可以感知物理刺激（如溫度和壓力）的瞬態(tài)軟體機(jī)器人夾具。整體結(jié)構(gòu)分為三個(gè)主要部分：（1）帶有小型氣動(dòng)腔的PLCL致動(dòng)器，（2）用于感知環(huán)境因素的集成電子元件（基于硅納米膜的溫度傳感器和基于PLCL/Mo隔膜的壓力傳感器），（3）用于組裝致動(dòng)器和氣動(dòng)管線的3D打印PLA夾具頭。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，即使在水溶液（PBS，pH 7，37°C）和延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間（6個(gè)月）下，致動(dòng)器也能在~60°、~90°和~180°的彎曲角度下承受10,000次循環(huán)載荷，而無(wú)機(jī)械滯后/失效。對(duì)PLCL彈性體進(jìn)行適度修改也可以得到具有兩種不同模量的軟體夾具和基于超薄隔膜的人造肌肉。

集成電子器件的智能瞬態(tài)軟體機(jī)器人

此外，PLCL卓越的彈性為創(chuàng)造多功能的形狀提供了機(jī)會(huì)，有助于醫(yī)療植入物的開發(fā)。研究人員介紹了一種無(wú)縫線心臟護(hù)套，該夾套設(shè)計(jì)為與彈性動(dòng)態(tài)的心臟集成，用于術(shù)后心臟系統(tǒng)的管理。該心臟夾套包括（1）一個(gè)由諸如用于心外膜ECG記錄和電刺激的PLCL/PP和用于局部心肌應(yīng)變檢測(cè)的PLCL/Mo的電子元件構(gòu)建的開放網(wǎng)狀主體，和（2）用于無(wú)縫線植入的受黃貂魚倒刺啟發(fā)的帶子，可以消除由縫線引起的可能的心臟感染/衰竭。這種復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)確保了高度耐用的集成，而無(wú)需對(duì)快速、劇烈的心臟運(yùn)動(dòng)進(jìn)行剝離或重新定位，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠的電功能。

用于心臟疾病的可植入、多功能、瞬時(shí)無(wú)縫線心臟護(hù)套

總的來(lái)說(shuō)，研究人員介紹了生物可降解、可拉伸PLCL彈性體的合成、綜合表征和一系列應(yīng)用，這些彈性體適用于生態(tài)友好和生物安全的電子器件。與有機(jī)/無(wú)機(jī)導(dǎo)電填料的物理組合產(chǎn)生了導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，使電子元件具有豐富的多功能性。不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和與不同功能單元的集成可以創(chuàng)造出先進(jìn)形式的軟體機(jī)器人，其可以在體內(nèi)或惡劣的環(huán)境條件下執(zhí)行更復(fù)雜/精密的任務(wù)，以及非侵入性的醫(yī)療植入物，其可以長(zhǎng)時(shí)間地對(duì)各種心臟疾病（例如心律失常、心動(dòng)過(guò)速、纖顫和心肌梗死）進(jìn)行傳感/治療。所提出的材料和精心設(shè)計(jì)的工程策略預(yù)計(jì)將進(jìn)一步出現(xiàn)在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、可食用器件和生物集成電子器件中，為拓寬瞬態(tài)電子領(lǐng)域鋪平道路。

審核編輯：劉清