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  近年來，電子皮膚、可穿戴電子和植入電子等生物集成電子器件發(fā)展迅速，可拉伸電子更是磅礴興起的新興方向，而彈性體正是其中的重要組成部分。由于其動(dòng)態(tài)的應(yīng)用環(huán)境，電子彈性體承受連續(xù)的負(fù)載，可能會(huì)遭受機(jī)械故障和損壞。解決該問題的一種潛在方法是賦予電子彈性體自愈合的特性。但是大多數(shù)自愈合彈性體的愈合過程需要加熱、激光等對(duì)人體不友好的外界刺激，自愈合速度慢，無法滿足實(shí)際需求。此外，由于生物集成電子器件直接與人體組織接觸，因此針對(duì)自愈合彈性體的生物學(xué)設(shè)計(jì)也需要特別關(guān)注。據(jù)此，東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室游正偉教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制了新型生物友好型超快自愈合彈性體，由其構(gòu)建的生物集成電子器件有效地解決了上述問題，顯示了良好的應(yīng)用前景。相關(guān)成果近日以“Peptidoglycan-inspired autonomous ultrafast self-healing bio-friendly elastomers for bio-integrated electronics”（肽聚糖啟迪的用于生物集成電子器件的生物友好型快速自發(fā)自愈合彈性體）為題，發(fā)表于中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃領(lǐng)軍期刊《國家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）。東華大學(xué)材料學(xué)院博士生張璐之是論文的第一作者，碩士畢業(yè)生梁嘉輝是論文的共同第一作者，游正偉教授是通訊作者，管清寶副研究員是共同作者，本工作和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院葉曉峰副教授團(tuán)隊(duì)合作完成。

仿生雜化網(wǎng)絡(luò)策略構(gòu)筑生物友好型超快自愈合PSeHCD彈性體

  肽聚糖是大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分，在維持細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性方面起著至關(guān)重要作用。肽聚糖功能的實(shí)現(xiàn)源自其獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由交替的雜多糖（N-乙酰氨基葡糖和N-乙酰氨基甲酸）主鏈和廣泛分布的肽側(cè)鏈構(gòu)成。據(jù)此，作者設(shè)計(jì)了一種仿肽聚糖結(jié)構(gòu)的交替聚酯-聚氨酯雜化交聯(lián)彈性體——聚（癸二酰基己二氨基甲酸甘油二酯）（PSeHCD）（圖1）。其中，合成PSeHCD的關(guān)鍵是游正偉教授先前發(fā)展的酸誘導(dǎo)環(huán)氧開環(huán)聚合方法（Biomaterials 2010, 31, 3129-3138；Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2812-2820）。PSeHCD的每個(gè)重復(fù)單元有兩個(gè)部分：酯基和氨基甲酸酯基。交替的酯基確保其降解性；交替的氨基甲酸酯基團(tuán)構(gòu)建了均勻分布的氫鍵動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，賦予其優(yōu)良的自愈合性能。PSeHCD側(cè)鏈上有大量自由的羥基，有利于與組織結(jié)合，并能方便實(shí)現(xiàn)后續(xù)材料的功能化，以及與羧酸發(fā)生酯化交聯(lián)反應(yīng)，材料的力學(xué)性能可以通過簡單的控制固化時(shí)間來調(diào)節(jié)。PSeHCD規(guī)整的分子結(jié)構(gòu)使其末端的羧酸基團(tuán)保持在較低數(shù)量，從而有效地控制了交聯(lián)度，確保了良好的加工性。此外，通過選擇生物相容性優(yōu)良的六亞甲基二氨基甲酸酯和癸二酸甘油酯作為結(jié)構(gòu)單元，確保了良好生物相容性。

圖1 PSeHCD的設(shè)計(jì)

PSeHCD彈性體優(yōu)異的性能

  基于以上設(shè)計(jì)策略，PSeHCD彈性體顯示出了優(yōu)異的性能（圖2）。其具有良好的彈性，方便的力學(xué)可調(diào)性，易于加工。PSeHCD薄膜劃傷后，室溫下2分鐘內(nèi)可基本完全愈合。同時(shí)PSeHCD還展現(xiàn)出良好的生物相容性和降解性。

圖2 PSeHCD彈性體的性能表征

PSeHCD彈性體在生物集成電子器件中的應(yīng)用

  利用上述PSeHCD彈性體，作者構(gòu)建了多種生物集成電子，并展現(xiàn)了其優(yōu)良的性能（圖3）。PSeHCD彈性體與液態(tài)金屬復(fù)合構(gòu)筑的可拉伸自愈合導(dǎo)體，在完全切斷后，室溫下輕輕對(duì)接，21秒后即重新愈合為可拉伸的導(dǎo)體，愈合速度快于以往報(bào)道的室溫自發(fā)自愈合可拉伸導(dǎo)體。進(jìn)而作者將PSeHCD彈性體與聚(3,4-亞乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)復(fù)合，構(gòu)筑了全聚合物的可拉伸自愈合傳感器，可以用于檢測人體的運(yùn)動(dòng)。

圖3 PSeHCD彈性體在生物集成電子器件中的應(yīng)用

  該工作設(shè)計(jì)了具有獨(dú)特的酯基-氨基甲酸酯基交替結(jié)構(gòu)的雜化交聯(lián)PSeHCD彈性體，這一仿肽聚糖結(jié)構(gòu)賦予了其超快的自發(fā)自愈合性，同時(shí)還具有良好的生物相容性和降解性、可調(diào)的力學(xué)性能和方便的加工性。作者證明了PSeHCD彈性體在生物集成電子中的潛在應(yīng)用。同時(shí)PSeHCD的合成方法簡單，通用性強(qiáng)，易于擴(kuò)展，這項(xiàng)工作中的設(shè)計(jì)原理和合成策略將啟發(fā)一系列用于可拉伸電子，軟機(jī)器人和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的新型友好型智能材料。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、東華大學(xué)勵(lì)志計(jì)劃等項(xiàng)目資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa154

研究團(tuán)隊(duì)簡介

  游正偉教授，現(xiàn)任東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院復(fù)合材料系主任，中國紡織工程學(xué)會(huì)柔性電子生物醫(yī)用紡織材料科研基地主任。長期從事生物醫(yī)用彈性體、3D打印及其在再生醫(yī)學(xué)和生物電子領(lǐng)域的應(yīng)用。近5年在Advanced Materials, Nature Communication等期刊發(fā)表通訊作者SCI論文32篇（IF>10:13篇），研究成果被國家自然科學(xué)基金委員會(huì)出版的《Science Foundation in China》期刊、《中國科學(xué)報(bào)》頭版、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)出版的《18年度新材料技術(shù)發(fā)展藍(lán)皮書》等專題報(bào)道。團(tuán)隊(duì)主頁：http://pilab.dhu.edu.cn/zyou/main.psp 誠摯歡迎優(yōu)秀學(xué)子報(bào)考該團(tuán)隊(duì)的碩士和博士研究生，同時(shí)誠招博士后（年薪20.4萬起，具體面議，email：zyou@dhu.edu.cn）。