ACS Nano主编领衔，四校联合今日重磅Nature！

一、【导读】

通常情况下，连接不同的电子设备很简单，其具有成对的标准化接口，其中形状和尺寸完美匹配。然而，组织-电子接口无法标准化，组织是柔软的，具有任意形状和大小，使用热收缩膜可以对不规则大小和形状的物体进行形状自适应的包裹和覆盖，在加热时可以大量快速收缩。然而，这些材料不适合生物应用，它们通常比组织更加坚硬，并且在高于90℃的温度下收缩。因此，制备具有大而快速收缩的刺激响应薄膜具有挑战性，其刺激和机械性能与脆弱组织和电子整合过程需要兼容。在自然界中，蜘蛛丝表现出独特的水诱导收缩，称为超收缩。这种超收缩是由于其分层结构造成的，无定形域中的定向聚合物链由水可破坏的氢键保持，并由稳定的β片晶体交联。使用水制备合成超收缩材料具有挑战性，因为过密的氢键会阻碍超收缩，而稀疏的氢键在环境湿度下不稳定。超分子聚合物、高分子复合材料和嵌段共聚物最近被用于制造收缩纤维。然而，其中一些在环境湿度下（例如，相对湿度为60%）不稳定。此外，与蜘蛛丝类似，它们对于软组织应用来说过于坚硬，并且与二维平面制造工艺不兼容。

二、【成果掠影】

在此，新加坡南洋理工大学陈晓东教授，新加坡科技研究局（A*STAR）高华健院士，中科院深圳先进院刘志远研究员和南京医科大学胡本慧教授等人（共同通讯作者）受蜘蛛丝的启发，设计了由聚环氧乙烷和聚乙二醇-α-环糊精包合物组成的水响应性超收缩聚合物薄膜，这些薄膜在环境条件下最初干燥、柔韧且稳定，润湿后在数秒内收缩其原始长度的50%以上（约每秒30%），此后变得柔软（约100 kPa）和可拉伸（约600%）水凝胶薄膜。这种超收缩归因于薄膜的排列微孔分层结构，这也促进了电子集成。同时，使用这种薄膜制造了形状自适应电极阵列，通过超收缩简化了植入过程，并在润湿时保形包裹不同大小的神经、肌肉和心脏，用于体内神经刺激和电生理信号记录。这项研究表明，这种水响应材料可以在塑造下一代组织-电子界面以及拓宽形状自适应材料的生物医学应用方面发挥重要作用。

相关研究成果以“Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces”为题发表在Nature上。

三、【核心创新点】

1.报道了干燥、柔性和独立的水响应形状适应聚合物（WRAP）薄膜，它们在环境条件下稳定，在湿润时迅速收缩，然后转化为柔软和可拉伸的水凝胶薄膜，与软组织和平面电子制造工艺兼容；

2.通过定向水溶性半结晶聚环氧乙烷（PEO）结构域与聚乙二醇（PEG）-α-环糊精（α-CD）复合交联来构建WRAP薄膜。

四、【数据概览】图1 超收缩WRAP薄膜的制备和表征© 2023 Springer Nature图2 WRAP薄膜的微观结构及超收缩机理© 2023 Springer Nature图3 水响应形状自适应电极阵列作为可植入的刺激和记录电极© 2023 Springer Nature图4 WRAP电极用于RPNI、心外膜记录和微创植入© 2023 Springer Nature

五、【成果启示】

综上所述，本文基于合成材料α-CD、PEG和PEO的组合来制造WRAP薄膜，以实现蜘蛛丝状的超收缩。结果显示，WRAP薄膜最初在环境条件下干燥、柔韧和稳定，在润湿时会立即明显收缩，并转化为柔软且可拉伸的水凝胶薄膜。WRAP薄膜具有由复合结晶域和取向PEO结构域构建的排列的微孔分层结构。基于WRAP薄膜，制造了可按需快速收缩的电极阵列，大大简化和加快了设备植入程序。这些电极阵列具有形状自适应性，因此可以共形包裹在不同大小和形状的组织（如神经、肌肉和心脏）上，从而实现神经刺激和电生理信号记录。作者预测，随着水响应性超收缩材料的进一步开发和优化，未来可以实现更复杂的形状自适应电子设备和其他用于生物医学应用的智能设备，例如神经修复、伤口闭合和疤痕减少。

文献链接：“Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces”（Nature，2023，10.1038/s41586-023-06732-y）

本文由材料人CYM编译供稿。