Bioactive Materials
一种抗疲劳、非膨胀的粘附水凝胶用于可拉伸生物电子设备
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该研究首次开发出具有共价键拓扑粘附和双共价键交联的水凝胶粘附系统，显著提升了水凝胶与湿滑动态组织表面的粘附强度和稳定性。其粘附强度达到290 kPa，远超现有报道的水凝胶粘附性能，且在30%应变下经受3000次拉伸/释放循环后仍保持稳定粘附，为长期稳定的生物电子器件与组织集成提供了新策略。
文献概述
本文《Anti-fatigue adhesive non-swelling hydrogel constructed by covalent topological structure and micro-nano gel for stretchable bioelectronics》，发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了用于可拉伸生物电子器件的水凝胶粘附系统，重点在于如何提升粘附强度、抗疲劳性能及生物相容性。文章提出了一种结合共价键拓扑粘附和双共价键交联的新型水凝胶系统，同时引入微纳米凝胶和预溶胀策略以控制体积变化，确保体内稳定性。
背景知识
柔性生物电子器件的长期稳定集成依赖于其与生物组织的粘附能力，特别是在湿滑、动态组织表面（如胃、膀胱、心脏等）。传统水凝胶粘附剂受限于高溶胀率、弱内聚力和界面粘附力，导致粘附稳定性差，无法满足长期记录和刺激需求。此外，粘附过程通常需要较长时间（>5分钟），延长麻醉时间可能引发神经元凋亡及脑损伤。本文研究突破性地通过共价键拓扑粘附与双交联策略，显著增强粘附强度和抗疲劳性能，同时通过微纳米凝胶和预溶胀策略限制体内溶胀，提高生物相容性。这些策略不仅解决了粘附稳定性问题，还提升了水凝胶的机械性能，使其适用于多种动态生物界面应用。
研究方法与实验
本研究采用SPAN（Sodium alginate-polyacrylamide-acrylic acid N-hydroxysuccinimide ester hydrogel）作为基材，LC（液态粘合剂，含壳聚糖）作为粘附层。通过共聚化方法将NHS酯引入聚丙烯酰胺网络，以增强壳聚糖与水凝胶之间的内聚力。同时，通过EDC/NHS活化壳聚细胞中的羧基，使其在组织表面形成双共价键粘附。微纳米凝胶通过球磨制备，并引入SPAN中以提升断裂伸长率并限制溶胀。粘附性能通过FITC标记的壳聚糖扩散实验、FTIR光谱分析、拉伸循环测试和体内粘附稳定性评估进行系统分析。
关键结论与观点
研究意义与展望
该水凝胶粘附系统在动态生物界面应用中展现出前所未有的稳定性与机械性能，为长期、稳定、高效率的生物电子器件与组织界面信号传输提供了新范式。其在柔性电极、可穿戴传感器、神经接口等领域的应用潜力巨大，为下一代生物粘附材料的发展奠定了基础。
结语
本研究提出了一种创新性的抗疲劳、非溶胀水凝胶粘附系统，通过共价键拓扑粘附和双交联策略，实现了与动态生物组织的稳定粘附。该系统在粘附强度、抗疲劳性能和生物相容性方面均优于现有水凝胶粘附材料，为柔性生物电子器件的长期稳定集成提供了可行方案。其在肌电图记录、心电图监测及神经刺激应用中表现出优异性能，未来有望应用于多种疾病诊断和治疗场景，如神经调控、假体控制、可穿戴医疗设备等。该研究不仅推动了水凝胶粘附材料的性能优化，也为生物电子器件与组织界面的长期稳定连接提供了理论支持和实践指导，具有重要的转化医学价值。
