如果有一种材料，既像皮肤一样柔软，又比很多工程材料更坚韧，还能贴在人体器官表面稳定工作，会发生什么？
近期，香港大学徐立之教授团队联合香港城市大学史鹏教授团队开发出一种全新的水凝胶生物电子膜，让这种设想逐渐成为现实。水凝胶其实并不陌生，它是一种含有大量水分的软材料，质地接近人体组织，因此常被用于医疗和生物电子领域。但长期以来，它有一个明显短板：越柔软，往往越容易破；越结实，又会变得不够“贴合人体”。这项研究的突破，就在于打破了这个“矛盾”。科研人员设计出一种只有头发丝十分之一厚度（约10微米）的水凝胶膜，却同时具备很高的强度和韧性（图1）。简单来说，它不仅可以被拉伸，还不容易被撕裂，同时又足够柔软，可以紧密贴合皮肤甚至器官表面。
图1 超强超薄的水凝胶电子膜设计
这种材料之所以“又软又强”，关键在于它的内部结构。研究团队借鉴人体组织的构造，在水凝胶中构建出类似胶原纤维的三维网络。更特别的是，这种网络在受到拉伸时会逐渐变得更“结实”，就像肌肉在用力时会变硬一样。这种特性被称为“应变强化”，也是它兼顾柔软与强度的关键。除了力学性能，这种水凝胶还有一个重要优势——它可以和电子器件“结合”。研究人员已经将传感器、电极等微型电子元件集成到这种薄膜中，使其能够贴在皮肤上稳定监测心电、肌电信号，还可以用于温度和生化检测（图2）。
图2 超强超薄的水凝胶电子膜应用于表皮电子
更进一步，在动物实验中，这种水凝胶电子膜甚至可以直接贴附在神经组织表面，实现对神经信号的记录与刺激，而且不需要额外的缝合或粘合（图3）。这意味着，它在脑机接口、神经修复等领域具有很大的应用潜力。相比传统材料，这种新型水凝胶对生物组织更加“友好”，可以减少炎症反应，并保持较好的稳定性，为长期植入提供可能。从可穿戴健康设备，到植入式医疗器件，再到未来的人机交互，这项研究展示了一种新的材料方向，让电子设备不再是“硬邦邦的外来物”，而是可以像“身体的一部分”一样工作。
图3 超强超薄的水凝胶电子膜应用于可知如电子
这项成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），陆军军医大学孙铭泽副教授（原香港大学博士）、香港大学机械工程系/香港先进生物医学仪器中心博士后张贺博士、香港城市大学博士生何星道为论文第一作者，香港大学徐立之教授和香港城市大学史鹏教授为论文通讯作者。
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https://doi.org/10.1093/nsr/nwag105
