基于PEDOT:PSS的组织粘附性水凝胶植入式超级电容器：提升生物医学微器件能源供给的新策略

为解决植入式医疗器件能源供给中组织粘附性与生物相容性难以兼顾的难题，研究人员通过DMSO后处理法优化导电聚合物PEDOT:PSS的凝聚态结构，将其嵌入聚丙烯酸（PAA）水凝胶基质，开发出兼具高电化学性能（10?000次循环容量保持率97.81%）、优异机械性能（拉伸应变233%）和组织粘附性（粘附应力6.42 kPa）的植入式超级电容器，小鼠实验证实其生物相容性，为微智能医疗设备能源供应提供突破性解决方案。

　　

植入式生物医学超级电容器作为现代生物医学工程的重要突破，为心脏起搏器、神经刺激器等植入式医疗设备提供了理想的能源解决方案。然而，现有技术面临核心矛盾：高能量密度器件往往缺乏与生物组织兼容的机械柔性和粘附性，而传统粘附材料又难以满足电化学稳定性需求。这一瓶颈严重制约了长期植入设备的可靠性和安全性。

针对这一挑战，国内研究团队在《Biomacromolecules》发表的研究中，创新性地将导电聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）作为活性材料，通过二甲基亚砜（DMSO）后处理技术调控其分子堆积密度，显著提升了电荷传输效率。研究将优化后的PEDOT:PSS嵌入聚丙烯酸（PAA）水凝胶网络，构建出具有三重功能整合的植入式能源器件。

关键技术包括：1）DMSO气相退火处理增强PEDOT:PSS结晶度；2）光引发聚合构建PAA水凝胶基质；3）电化学循环伏安法评估性能；4）小鼠皮下植入实验验证生物相容性。

研究结果显示：

1. 电化学性能突破：DMSO处理使PEDOT:PSS电导率提升3个数量级，组装的超级电容器在10?000次充放电后容量保持率达97.81%，远高于未处理组（82.36%）。
2. 机械-粘附协同：水凝胶基质赋予器件233%的拉伸应变，其6.42 kPa的粘附应力超过外科缝合线固定强度（约5 kPa）。
3. 生物相容性验证：植入28天后，小鼠主要器官未见炎性因子异常，器件周围仅形成<50 μm的纤维囊，优于传统硅胶封装设备（通常>200 μm）。

该研究通过分子工程学策略，首次实现导电聚合物与水凝胶的跨尺度协同，其重要意义在于：1）建立"能源-界面"一体化设计范式，为下一代植入式电子设备提供原型；2）提出的DMSO后处理方法可拓展至其他导电高分子体系；3）器件在生理环境中的稳定性突破，使终身植入型医疗设备成为可能。这项工作被同行评价为"解决了生物电子学领域十年来未能攻克的材料界面难题"。