用于柔性瞬态电子的高度可拉伸、可生物降解的弹性体
2023-04-29 21:37:00 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
韩国高丽大学的研究人员报道了一种高度可拉伸、可生物降解的弹性体，其拉伸率可达~1600%，在韧性、耐撕裂性和储存稳定性方面具有优异的性能，所有这些都经过了全面的机械和生化研究的验证。
由于类橡胶弹性体在柔性可拉伸的可穿戴、可植入电子器件或相关研究领域取得了科学突破，因此，具有类似机械性能的可降解弹性体可能会在生物可吸收瞬态电子领域，甚至是未开发的领域中，带来类似的技术创新。
据麦姆斯咨询报道，近日，韩国高丽大学（Korea University）的研究人员报道了一种高度可拉伸、可生物降解的弹性体，其拉伸率可达~1600%，在韧性、耐撕裂性和储存稳定性方面具有优异的性能，所有这些都经过了全面的机械和生化研究的验证。薄膜的简单成形特性，使几乎任何类型的电子器件都能够集成，并且具有可调的、合适的粘合强度。对机械变形耐受/敏感的导电弹性体显示出多功能监测/传感组件的可能性，特别是应变耐受复合材料即使在~550%的拉伸应变下也能保持高水平的导电性。软电子夹具和瞬态无缝线心脏护套的成功演示，使其可能成为软体机器人和生物医学植入物应用中复杂、多功能、可生物降解电子器件的基石。
在本研究中，通过L-丙交酯（LA）和ε-己内酯（CL）的开环聚合来制备可生物降解、超拉伸弹性体PLCL，其中，硬域（LA）和软域（CL）以5:5的比例进行物理交联。改变单体与引发剂的比例会产生不同分子量（Mn）的PLCL弹性体，从而实现可调的化学/物理/机械性能。设计成花形的PLCL具有优越的拉伸性（~1600%）和酶/化学降解性，适用于瞬态可生物降解电子系统的各种研究领域。此外，PLCL弹性体在韧性、耐撕裂性和储存稳定性方面也具有优异的性能。
高度可拉伸、可加工、可生物降解的弹性体，适用于瞬态电子的多种应用
PLCL弹性体的化学、机械和物理特性
由作为聚合物基质的PLCL、作为生物相容性导电填料的聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）和作为生物相容性/可生物降解增塑剂的n-甲基-n-丁基吡啶二（三氟甲烷磺酰）亚胺（P14[TFSI]）组成的可部分生物降解的导电弹性体复合材料，在优化重量比（PLCL:PEDOT:PSS:P14[TFSI]=0.6:0.4:1）下，表现出优异的初始电导率（~220 S/cm）和拉伸性能（550%），在40%应变下具有良好的循环稳定性。
具有有机和无机填料的不同类型的瞬态导电弹性体
PLCL的主要特性可以为软机器人或交互界面提供不同的材料和设计选择。研究人员描述了一种可以感知物理刺激（如温度和压力）的瞬态软体机器人夹具。整体结构分为三个主要部分：（1）带有小型气动腔的PLCL致动器，（2）用于感知环境因素的集成电子元件（基于硅纳米膜的温度传感器和基于PLCL/Mo隔膜的压力传感器），（3）用于组装致动器和气动管线的3D打印PLA夹具头。相关实验表明，即使在水溶液（PBS，pH 7，37°C）和延长存储时间（6个月）下，致动器也能在~60°、~90°和~180°的弯曲角度下承受10,000次循环载荷，而无机械滞后/失效。对PLCL弹性体进行适度修改也可以得到具有两种不同模量的软体夹具和基于超薄隔膜的人造肌肉。
集成电子器件的智能瞬态软体机器人
此外，PLCL卓越的弹性为创造多功能的形状提供了机会，有助于医疗植入物的开发。研究人员介绍了一种无缝线心脏护套，该夹套设计为与弹性动态的心脏集成，用于术后心脏系统的管理。该心脏夹套包括（1）一个由诸如用于心外膜ECG记录和电刺激的PLCL/PP和用于局部心肌应变检测的PLCL/Mo的电子元件构建的开放网状主体，和（2）用于无缝线植入的受黄貂鱼倒刺启发的带子，可以消除由缝线引起的可能的心脏感染/衰竭。这种复杂的几何结构确保了高度耐用的集成，而无需对快速、剧烈的心脏运动进行剥离或重新定位，从而实现长期可靠的电功能。
用于心脏疾病的可植入、多功能、瞬时无缝线心脏护套
总的来说，研究人员介绍了生物可降解、可拉伸PLCL弹性体的合成、综合表征和一系列应用，这些弹性体适用于生态友好和生物安全的电子器件。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功能性。不同的结构设计和与不同功能单元的集成可以创造出先进形式的软体机器人，其可以在体内或恶劣的环境条件下执行更复杂/精密的任务，以及非侵入性的医疗植入物，其可以长时间地对各种心脏疾病（例如心律失常、心动过速、纤颤和心肌梗死）进行传感/治疗。所提出的材料和精心设计的工程策略预计将进一步出现在环境监测系统、可食用器件和生物集成电子器件中，为拓宽瞬态电子领域铺平道路。
论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38040-4
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