赵，Yuk和麻省理工学院和其他地方的其他人在《自然材料》杂志上报告了他们的研究结果。该研究的共同作者包括第一作者、前麻省理工学院博士后、现任宾夕法尼亚州立大学助理教授周涛，以及江西科技师范大学和上海交通大学的同事。

　　真正的挑战

　　绝大多数聚合物本质上是绝缘的，这意味着电不容易通过它们。但是有一小类特殊的聚合物实际上可以让电子穿过它们的体积。一些导电聚合物在20世纪70年代首次被证明具有高导电性，这项工作后来被授予诺贝尔化学奖。

　　最近，包括赵实验室的研究人员在内的研究人员已经尝试使用导电聚合物制造柔软的无金属电极，用于生物电子植入物和其他医疗设备。这些努力主要是通过将导电聚合物颗粒与水凝胶(一种柔软且海绵状的富水聚合物)混合，来制造柔软而坚韧的导电薄膜和贴片。

　　研究人员希望导电聚合物和水凝胶的结合能产生一种柔性的、生物相容性的、导电的凝胶。但迄今为止制造的材料要么太脆弱易碎，要么表现出较差的电气性能。

　　Yuk说:“在凝胶材料中，电气性能和机械性能总是相互冲突。“如果你提高凝胶的电性能，你必须牺牲机械性能，反之亦然。但实际上，我们两者都需要:一种材料既要导电，又要有弹性和坚固性。这是真正的挑战，也是人们无法将导电聚合物完全由凝胶制成可靠设备的原因。”

　　电面

　　在他们的新研究中，Yuk和他的同事们发现他们需要一种新的配方来混合导电聚合物和水凝胶，以提高各自成分的电学和机械性能。

　　Yuk说:“人们以前依赖于两种材料的均匀、随机混合。

　　这种混合物产生了由随机分散的聚合物颗粒制成的凝胶。研究小组意识到，为了分别保持导电聚合物和水凝胶的电气和机械强度，这两种成分应该以一种稍微排斥的方式混合，这种状态被称为相分离。在这种稍微分离的状态下，每种成分可以连接各自的聚合物，形成长长的微观链，同时也可以作为一个整体混合。

　　“想象一下，我们正在制作电气和机械意大利面，”赵说。“电意大利面是一种导电聚合物，由于它是连续的，现在可以在材料中传输电流。机械意大利面是水凝胶，它可以传递机械力，因为它是连续的，所以很坚韧，有弹性。”

　　然后，研究人员调整了配方，将面条状凝胶煮成墨水，通过3D打印机将其打印在纯水凝胶薄膜上，其图案类似于传统的金属电极。

　　“因为这种凝胶是3d打印的，我们可以定制几何形状，这使得为各种器官制造电子接口变得容易，”第一作者周说。

　　然后，研究人员将打印出来的果冻状电极植入大鼠的心脏、坐骨神经和脊髓。该团队在动物身上测试了电极的电气和机械性能长达两个月，发现该装置始终保持稳定，周围组织几乎没有炎症或疤痕。电极还能够将来自心脏的电脉冲传递到外部监测器，并将小脉冲传递到坐骨神经和脊髓，从而刺激相关肌肉和四肢的运动活动。

　　展望未来，Yuk设想这种新材料的直接应用可能是在心脏手术后恢复的人身上。

　　Yuk说:“这些病人需要几周的电支持来避免心脏病发作作为手术的副作用。”因此，医生在心脏表面缝合一个金属电极，并刺激它数周。我们可能会用凝胶代替这些金属电极，以最大限度地减少人们目前接受的并发症和副作用。”

　　该团队正在努力延长材料的使用寿命和性能。然后，这种凝胶可以用作器官和长期植入物(包括起搏器和深部脑刺激器)之间的软电界面。

　　赵说:“我们小组的目标是用类似果冻的东西取代人体内部的玻璃、陶瓷和金属，这样它更无害，但性能更好，而且可以持续很长时间。”“这是我们的希望。”

　　参考文献:“用于全水凝胶生物电子界面的3D打印高性能导电聚合物水凝胶”2023年6月15日，Nature Materials。DOI: 10.1038 / s41563 - 023 - 01569 - 2

　　这项研究得到了美国国立卫生研究院的部分支持。