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  四川大學王云兵教授和胡雪豐副研究員團隊近日在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上發表了題為“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國家生物醫學材料工程技術研究中心的張婕妤博士，通訊作者為四川大學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華西醫院骨科寧寧/陳佳麗老師團隊。

  近年來，柔性可穿戴生物電子領域發展迅速。然而用傳統硬質電子材料（如硅、金屬等·）制成的電子設備通常難以與柔性生物體緊密結合，嚴重限制了其在柔性生物電子產品上的應用。目前，人們已開始研究構建柔性電路的策略，包括開發柔性導電聚合物或復合材料，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。盡管這些技術取得了一定的突破，但產品通常容易被機械應力破壞，相關器件被植入人體后，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其承受破壞性應力的能力，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具有韌性、導電性和自愈合特性。

  目前，開發自愈合導電電子材料主要集中在利用動態共價鍵和基于超分子體系非共價相互作用（例如氫鍵、結晶、離子相互作用、疏水性締合等）。盡管這些自愈合體系有望實現器件的簡單維修，但存在的不足包括相對較長的自愈合周期，使用價格昂貴、含有對人體有毒或環境有害的材料，自愈合需要外部刺激如溶劑、熱、光或磁觸發等。

  具有高拉伸性和自愈合能力的先進材料對于提高柔性生物電子產品的耐用性至關重要。目前在開發此類材料方面已取得了一些進展，但復雜的化學反應，昂貴的原材料以及非生物友好材料的使用限制了其應用。另外，抗菌性能對于柔性生物電子醫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備的更換頻率，并防止植入設備受到感染。然而，很少有研究著力于為柔性生物電子醫療器械提供抗菌性能。

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

本文亮點：

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

• （2） 體系中包含多重動態物理化學相互作用，這些相互作用很容易破壞并恢復以消散拉伸時的能量，并在損傷后實現快速的自愈合。

• （3） 水凝膠能夠基于電阻的變化來感測溫度和應變。此外，因其同時具有抗菌性，可以作為敷料，與電刺激（ES）結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）手指運動監測。

圖2 水凝膠與電刺激聯用再慢性傷口治療上的應用。

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

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