用于柔性瞬态电子的生物降解可拉伸弹性体

研究背景

瞬时技术的独特功能，即在完成功能操作后，在一定条件下溶解或分解成对生物无害的最终产品，为发展广泛的研究领域提供了新的机会，包括暂时的生物医学植入物，绿色和自然友好的电子装置，以及电子安全系统。然而，多样化的、复杂的功能或系统的进一步发展受到了限制，因为它依赖于可生物降解材料的狭窄范围的选择或特性，特别是对整个系统的物理、电气和化学特性起关键作用的基质。早期的柔性和可拉伸电子器件是基于硅脂弹性体、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和Ecoflex 开发的，已经扩展到可穿戴和可植入的电子系统，有许多应用，从电子皮肤 (e-skin)、软机器人机器和表皮虚拟现实，到大脑或心脏接口设备 和其他电子元件和系统。在这方面，需要对各种新的可生物降解基质进行研究。除了非弹性可降解材料，如合成和天然聚合物，最近的研究工作已经推出了一些不同类型的基于蛋白质、水凝胶和交联聚合物的生物降解和可拉伸材料。然而，它们中的大多数远没有达到实用和多用途的目的，不像它们的非瞬时对应物，由于特性不足，如不可控的溶解行为，有限的机械弹性/模量脆弱性，或储存稳定性差。

研究成果

由于橡胶类弹性体在基于柔软、可拉伸特性的可穿戴、可植入电子设备或相关研究领域取得了科学突破，具有可比机械性能的可降解弹性体的发展可以为瞬时、生物可吸收电子设备带来类似的技术创新或扩展到未探索的领域。在此，高丽大学Suk-Won Hwang教授团队介绍了可拉伸至~1600%的超可拉伸生物降解弹性体，它在韧性、抗撕裂性和储存稳定性方面具有出色的性能，所有这些都得到了综合机械和生化研究的验证。薄膜的简单形成使得几乎任何类型的电子设备都能与可调整的、合适的粘合强度结合起来。对机械变形具有耐受性/敏感性的导电弹性材料突出了多功能监测/传感组件的可能性，特别是耐受应变的复合材料即使在约 550%的拉伸应变下也能保持高水平的导电性。软质电子抓手和瞬时无缝隙心脏外套的展示，可能是软质机器人和生物医学植入物领域中复杂的、多功能的生物可降解电子器件的基石。相关研究以“Ultra-stretchable and biodegradable elastomers for soft， transient electronics”为题发表在Nature Communications期刊上。

图文导读

Fig. 1 | Highly stretchable, processable, biodegradable elastomers for versatile applications of transient electronics.

Fig. 2 | Chemical, mechanical, and physical characteristics of PLCL elastomers.

Fig. 3 | Different types of transient conductive elastomers with organic and inorganic fillers.

Fig. 4 | Smart transient soft robots with integrated electronics.

Fig. 5 | Implantable, multifunctional, transient suture-free cardiac jacket for heart diseases.

总结与展望

这里介绍的合成、综合表征和一系列应用说明了可生物降解、可拉伸的 PLCL弹性体在生态友好和生物安全的电子设备中的出色机械/物理特性。与有机/无机导电填料的物理组合产生了导电聚合物复合材料，使电子元件具有丰富的多样性。不同的结构设计和与不同功能单元的整合可以创造出先进形式的软体机器人，可以在体内或在恶劣的环境条件下执行更复杂的/精密的任务，以及一种非侵入性的医疗植入物，可以长期完成对各种心脏疾病的感应/治疗功能，如心律失常、心动过速和心肌梗塞。所提出的材料和精心设计的工程策略有望进一步出现在环境监测系统、可食用设备和生物集成电子学中，为拓宽瞬态电子学领域铺平道路。

文献链接

Ultra-stretchable and biodegradable elastomers for soft, transient electronics

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38040-4

转自：“i学术i科研”微信公众号

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