Science Advances：一种可拉伸、可降解的自修复柔性导体

现有技术缺点

1. 电气恢复不完全和延迟：导电纳米结构（如银纳米线、碳纳米管）在物理重构时难以完全恢复电气性能。

2. 流体特性问题：液态金属在应用或加工中因其高表面张力导致操作困难。

3. 粘附性差：典型的导电聚合物（如PEDOT）与基底的粘附性较差，影响与其他组件的集成。

文章亮点

1. 全自修复导体：提出了一种可拉伸、可生物降解且自修复的导体，能在室温下30秒内完全恢复电导率（约1000 S/cm）和拉伸性（500%）。

2. 双层材料设计：结合自修复弹性体和导电复合材料，利用二硫键和氢键的动态化学相互作用，确保材料即使在极端机械应力下也能稳定恢复。

3. 高粘附强度：导体材料之间具有强界面粘附力（约160 kPa），在苛刻条件下仍保持稳定的电气性能。

应用场景

1. 可穿戴健康设备：在可拉伸、耐损伤的可穿戴设备中应用，适用于长期监测。

2. 生物医学植入物：可应用于可生物降解的电子设备，适合长期植入和自修复需求。

3. 软性机器人与虚拟现实：可用于软性设备和人机交互领域，实现可持续功能。

总结

该文章展示了一种全新的可拉伸、生物可降解、自修复的导体材料，具有极强的机械弹性、快速电气恢复和稳固的界面粘附力。这种导体不仅突破了现有自修复导体在导电性和操作性的限制，还在生物医学、可穿戴设备及软性机器人等领域展示了广阔的应用前景。作为验证，集成系统已成功用于实时监控和控制膀胱功能，表明其在复杂生物电子系统中的潜在价值。

文章名称：Stretchable and biodegradable self-healing conductors for multifunctional electronics

期刊：Science Advances

文章DOI：10.1126/sciadv.adp9818

通讯作者：韩国高丽大学Suk-Won Hwang教授

 可拉伸、可生物降解、自修复聚合物及导电复合材料

    图1A展示了一种柔软、可拉伸、生物可降解的电子树，该树能够监测湿度、温度和压力分布，并具备自愈能力，能够在物理损伤后恢复机械和电气性能。该设备由两个关键组件组成：

    （i）可拉伸、自修复导电复合材料 (SH-CC) ；

    （ii）可生物降解和自修复弹性体。

图1. 可伸展、生物降解和自修复的电子树及其多功能传感能力。(A) 由SH-PLCL弹性体和基于PEDOT:PSS的SH-CC组成的可伸展、生物降解和自修复的电子树图像，其中P14[TFSI]作为伸展性增强剂，PEG/甘油作为自修复诱导剂和导电性增强剂。插图显示了实现电子树多模态传感能力的设备配置。SH-CC中的氢键以及SH-PLCL中的二硫键交换和氢键促进了室温自修复特性。此外，SH-CC和SH-PLCL之间的相互渗透及随后的氢键形成促进了强粘附。(B) 触觉传感器在自修复前后的电性能评估。数据以均值±标准差表示。n = 5个独立样本。(C) 实时记录三个小物体（~2 g）的电容变化。互连线按 1、2、3、4 的顺序被剃须刀片完全切断，并在 ~2 分钟内自动恢复其电气功能。

SH-PLCL 的生化、机械和自修复特性

    分子结构可以控制聚合物的关键特性，包括生化和机械性能以及自修复效率。

图2. SH-PLCL弹性体的生化、机械及自修复特性。(A)  室温下 PBS（pH 7）中不同分子量 (Mn) 的 PLCL 预聚物的 SH-PLCL 薄膜的重量比随时间的变化。(B和C) SH-PLCL 的应力-应变曲线 (B) 和 DMA (C) 与 Mn 的关系。(D) 表示SH-PLCL3k薄膜自修复的连续照片：制备状态（左上）、切割状态（中上）、自修复状态（右上）和拉伸状态（下）。(E) 在室温下愈合1分钟后弯曲和扭曲的SH-PLCL3k薄膜的光学图像。(F) 在室温下切割并自修复 1 小时（红色）、3 小时（蓝色）和 12 小时（绿色）后的原始 SH-PLCL（黑色）和其他薄膜的应力-应变曲线。(G) 具有不同 Mn 值的 SH-PLCL 薄膜在 12 小时的自修复时间内机械性能随温度变化的恢复效率。(H) SH-PLCL3k 薄膜在不同温度下在空气/水中放置 1 小时的自修复效率。

可拉伸的SH-CCs

    图 3 显示了一组独立 SH-CC 薄膜的图像，这些薄膜能够在物理损坏后在室温下自主恢复电性能（底部），这是通过富含氢键的 PEG 和甘油的协同作用实现的。

图3. 基于SH-CC和SH-PLCL的可拉伸、生物可降解、自修复导体。(A) 自支撑SH-CC薄膜的图像（上）及切割和自修复区域的扫描电子显微镜（SEM）图像（下）。(B) SH-CC的导电性和自修复能力对聚乙二醇（PEG）含量的依赖性。(C) SH-CC的导电性和可拉伸性与P14[TFSI]含量的变化关系。(D) SH-CC在SH-PLCL上作为LED互连的光学图像：原始状态、切割状态和室温下自修复1分钟后的状态。(E) 在重复锐利切割后，SH-CC在SH-PLCL上的电性能恢复的实时电流测量。(F) SH-CC在SH-PLCL上在拉伸应变下的导电性变化。插图显示自修复后薄膜的拉伸图像。(G) SH-CC界面层夹在上下SH-PLCL层之间的示意图（上）及光学图像，展示了在拉伸前（中）和拉伸后（下）SH-PLCL层与SH-CC之间的强粘附性。(H) 带有SH-CC界面层的玻璃、PDMS、PI、PLCL和SH-PLCL堆叠的剪切力比较。(I) 带有不同SH-CC界面层（如PEDOT:PSS、PPy和PANI）的PLCL和SH-PLCL堆叠的剪切力。(J至L) SH-CC电极在SH-PLCL和PLCL基底上图案化的图像（J）、电化学阻抗谱（K）和循环伏安图（L），在去离子水超声处理前后的变化。

体内自愈电子设备在泌尿疾病中的应用示范

    仔细研究自我恢复性能在身体或生理条件等环境下的表现，可以为生物医学研究的适用性提供重要工具。

图4. 用于治疗泌尿系统疾病的自修复多功能医疗植入物。(A) 自修复E-web的示意图，集成于膀胱上，用于监测和调节膀胱的生物生理功能。(B) 自修复 E-web 的光学图像，具有两个传感/刺激电极和一个应变计。位于 E-web 两端的两个贴片通过用砂纸打磨两个表面并通过自修复将它们连接在一起，从而实现无缝线集成到膀胱上。(C) 自修复E-web植入大鼠膀胱的照片。(D) 应变传感器的电容变化与应变的关系。(E) 在膀胱充盈和排尿阶段记录的肌电图信号。(F) 自然排尿与电刺激期间膀胱排尿效率的比较。(G) 在膀胱测压过程中记录的膀胱内压力、应变和肌电图信号的代表性波形（左），右侧放大视图展示了在用剃刀划伤设备后电功能的恢复情况。

Tae-Min Jang et al., Stretchable and biodegradable self-healing conductors for multifunctional electronics.Sci. Adv.10,eadp9818(2024).DOI:10.1126/sciadv.adp9818

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