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  四川大學(xué)王云兵教授和胡雪豐副研究員團(tuán)隊(duì)近日在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上發(fā)表了題為“Highly Stretchable and Conductive Self-Healing Hydrogels for Temperature and Strain Sensing and Chronic Wound Treatment”的研究論文。論文的第一作者為四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心的張婕妤博士，通訊作者為四川大學(xué)胡雪豐副研究員和王云兵教授。論文的合作單位為成都柔電云科科技有限公司和四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科寧寧/陳佳麗老師團(tuán)隊(duì)。

  近年來，柔性可穿戴生物電子領(lǐng)域發(fā)展迅速。然而用傳統(tǒng)硬質(zhì)電子材料（如硅、金屬等·）制成的電子設(shè)備通常難以與柔性生物體緊密結(jié)合，嚴(yán)重限制了其在柔性生物電子產(chǎn)品上的應(yīng)用。目前，人們已開始研究構(gòu)建柔性電路的策略，包括開發(fā)柔性導(dǎo)電聚合物或復(fù)合材料，蜿蜒的電路連接，以及將高濃度鹽溶液或離子液體整合到柔性凝膠或微流道中。盡管這些技術(shù)取得了一定的突破，但產(chǎn)品通常容易被機(jī)械應(yīng)力破壞，相關(guān)器件被植入人體后，器件損壞難以維修。通過用剛性材料封裝柔性電路則可以增強(qiáng)其承受破壞性應(yīng)力的能力，但器件的柔韌性有限。因此，理想的柔性生物電子材料需要同時(shí)具有韌性、導(dǎo)電性和自愈合特性。

  目前，開發(fā)自愈合導(dǎo)電電子材料主要集中在利用動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵和基于超分子體系非共價(jià)相互作用（例如氫鍵、結(jié)晶、離子相互作用、疏水性締合等）。盡管這些自愈合體系有望實(shí)現(xiàn)器件的簡單維修，但存在的不足包括相對(duì)較長的自愈合周期，使用價(jià)格昂貴、含有對(duì)人體有毒或環(huán)境有害的材料，自愈合需要外部刺激如溶劑、熱、光或磁觸發(fā)等。

  具有高拉伸性和自愈合能力的先進(jìn)材料對(duì)于提高柔性生物電子產(chǎn)品的耐用性至關(guān)重要。目前在開發(fā)此類材料方面已取得了一些進(jìn)展，但復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，昂貴的原材料以及非生物友好材料的使用限制了其應(yīng)用。另外，抗菌性能對(duì)于柔性生物電子醫(yī)療器械來說變得越來越重要。抗菌特性有助于減少與皮膚直接接觸的設(shè)備的更換頻率，并防止植入設(shè)備受到感染。然而，很少有研究著力于為柔性生物電子醫(yī)療器械提供抗菌性能。

  因此，王云兵教授團(tuán)隊(duì)與企業(yè)醫(yī)院合作，以功能化的殼聚糖（CS）和聚乙烯醇（PVA）為基材，通過簡單的化學(xué)反應(yīng)，得到一種具有高拉伸性、導(dǎo)電、自愈合和抗菌性能的水凝膠，并將其應(yīng)用在生物傳感與慢性傷口治療上。

本文亮點(diǎn)：

• （1） 使用聚吡咯（PPY）或Zn²⁺對(duì)殼聚糖（CS）分子進(jìn)行功能化使其分別具有導(dǎo)電性或抗菌性，再將功能化的CS和聚乙烯醇（PVA）一步交聯(lián)形成了水凝膠（PCPZ）。原料價(jià)格低廉，生物相容性好，制備過程簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

• （2） 體系中包含多重動(dòng)態(tài)物理化學(xué)相互作用，這些相互作用很容易破壞并恢復(fù)以消散拉伸時(shí)的能量，并在損傷后實(shí)現(xiàn)快速的自愈合。

• （3） 水凝膠能夠基于電阻的變化來感測(cè)溫度和應(yīng)變。此外，因其同時(shí)具有抗菌性，可以作為敷料，與電刺激（ES）結(jié)合用于慢性傷口的治療。

圖1. (a)水凝膠制備示意圖。（b）水凝膠高拉伸性與自愈合能力。（c）溫度傳感曲線。（d）手指運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。

圖2 水凝膠與電刺激聯(lián)用再慢性傷口治療上的應(yīng)用。

  該工作得到了國家自然科學(xué)基金（51803135），中國博士后科學(xué)基金（2018M640919），四川大學(xué)博后研究基金（2018SCU12056），四川大學(xué)華西醫(yī)院臨床孵育項(xiàng)目（2019HXFH006）與護(hù)理專項(xiàng)基金（HXHL19003）等的資助。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c08291