综述：柔性生物电子学中软质与生物活性材料的最新进展

这篇综述系统总结了柔性生物电子学领域软质材料（如自修复水凝胶/弹性体）和生物活性材料（如多糖、蛋白质）的最新进展，重点探讨了其在解决组织-植入体机械/化学失配、减轻异物反应（FBR）及实现多功能集成（如电生理监测、药物递送、组织修复）中的应用。文章涵盖材料设计（如硅基薄膜、导电聚合物PEDOT:PSS）、结构工程（如网状/蛇形构型）及先进制造技术（3D打印），为开发高性能、微创、生物相容性植入器件提供了全面参考。

　　

柔性与可植入生物电子学

柔性生物电子学的核心挑战在于解决刚性电子材料（如硅，杨氏模量~100 GPa）与软组织（如心肌，10-15 kPa）的机械失配。通过硅基薄膜（SOI技术）和结构设计（蛇形/多孔构型），器件可实现超薄（<100 nm）和本征可拉伸性。例如，140 nm厚的硅纳米膜神经电极在4 mm弯曲半径下经受10,000次循环后性能无损。此外，弹性体（如聚氨酯PU）和导电水凝胶通过模拟细胞外基质（ECM）的“软湿”特性，为心脏电生理测绘提供了组织兼容界面。

自修复材料：从水凝胶到弹性体

自修复材料通过动态键（如氢键、希夫碱）实现损伤后快速恢复。以透明质酸-聚乙二醇（HA-PEG）水凝胶为例，其储能模量（G′）在500%应变后5分钟内完全恢复。而基于儿茶酚功能化聚氨酯（C-PU-PTMEG）的弹性体在37°C生理环境中可自修复，用作心血管支架涂层时血栓形成减少50%。导电网络的自修复同样关键：碳纳米管（CNT）嵌入PDMS-MPU_0.4-IU_0.6复合材料在12小时内恢复电阻-应变特性，支撑可拉伸传感器的长期使用。

组织仿生性能：力学与功能协同

组织仿生材料需匹配生物组织的力学各向异性与电活性。例如，蜘蛛丝-单壁碳纳米管（SWCNT）复合人工肌腱的韧性达420 MJ/m³，电导率1,077 S/cm，在40,000次弯曲后性能稳定。导电水凝胶（如rGO-聚乙二醇）的杨氏模量（15-17 kPa）与心肌接近，其降解可控性支持21天的体内肌电信号监测（信噪比SNR=7.03±1.7）。

生物活性材料：从免疫调节到治疗功能

天然多糖（壳聚糖、纤维素）和蛋白质（丝素蛋白SF）因其低免疫原性和生物降解性成为理想界面材料。例如，多巴胺修饰的海藻酸钠（Alg-CA）涂层使电子器件与心脏的粘附强度达7.2 kPa，同时通过Mg²⁺/In³⁺配位维持电通路。丝素蛋白基导电水凝胶记录的皮层电信号SNR（37）显著高于铂电极（15），且通过动态交联网络实现免疫调控。

应用：从监测到治疗

脑机接口：石墨烯微电极阵列（直径25 μm）在听觉皮层记录的信噪比>10 dB，而可降解有机电化学晶体管（OECT）阵列在28天内完成μ-ECoG信号映射后安全降解。
心脏修复：钼网弹性心脏贴片（BCEP）通过导电通路促进hiPSC-CM细胞成熟，使心肌梗死区的射血分数（EF）提升30%。微流控水凝胶缝合线（DTMS）结合一氧化氮（NO）控释，实现心肌修复的“监测-治疗”闭环。
骨再生：压电-摩擦电混合纳米发电机（HTP-NG）驱动的可植入系统通过钙通道激活使骨缺损修复速度提高2倍。

挑战与展望

尽管生物电子学在组织工程（如电子血管）和神经调控（如超声驱动的深部脑刺激）中展现出潜力，但长期稳定性（如水凝胶溶胀）和精准药物控释仍是瓶颈。未来，活体合成电子学（living synthelectronics）或将成为实现原位器件制造的新方向。