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  近日，之江實驗室馬志軍研究員（之江實驗室新材料計算研究中心、浙江大學(xué)材料學(xué)院）與危巖教授（清華大學(xué)化學(xué)系）團(tuán)隊合作在材料領(lǐng)域頂級期刊《Advanced Materials》上發(fā)表了題為“Permeable and Durable Liquid-Metal Fiber Mat as Implantable Physiological Electrodes with Long-Term Biocompatibility”的研究型文章。該工作提出一種界面調(diào)控策略，解決了柔性纖維織物中LMs（鎵基室溫液態(tài)金屬）的潤濕性問題，制得的該生物電極具有優(yōu)異的耐用性和長期生物相容性。浙江大學(xué)材料學(xué)院博士生周寧靜和清華大學(xué)化學(xué)系博士后季久江為文章的共同第一作者，之江實驗室馬志軍研究員、瞿瑞祥副研究員和清華大學(xué)化學(xué)系危巖教授為共同通訊作者。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金（62375246，62401515）和浙江省自然科學(xué)基金（No. LQ24F01000）的支持。

  可植入生物電極的研究應(yīng)用對監(jiān)測生物體特征信號具有巨大的優(yōu)勢，尤其是在即時診斷、腦機(jī)接口和刺激治療等領(lǐng)域。為精確捕捉和放大生理特征信號，柔性電極需要與生物組織密切接觸的同時保持較低的接觸阻抗，以適應(yīng)長期植入時生物組織表面曲率的變化。已報道的水凝膠、有機(jī)凝膠及硅橡膠等材料能夠制造出順應(yīng)性好的電極，降低接觸阻抗的同時提高手術(shù)安全性。然而，這類電極材料透氣透液性差，長期植入可能導(dǎo)致缺氧、代謝物累積，進(jìn)而引發(fā)不適、產(chǎn)生炎癥，甚至存在致癌風(fēng)險。

  LMs有優(yōu)異的導(dǎo)電性、流動性和生物相容性，作為生物電極應(yīng)用具有很大的潛力。LMs在室溫下有良好的長期穩(wěn)定性，將其與多孔柔性基底結(jié)合能夠制備高透氣性、生物相容性和順應(yīng)性的電極設(shè)備。然而，LMs的高表面張力導(dǎo)致其對高分子基底的潤濕性差，難以滲透多孔柔性基底且易脫落。特別是在與心臟或血管等動態(tài)器官接觸時，引發(fā)常見的如：電極耐久性、信號采集穩(wěn)定性和物理殘留的生物安全性問題。

圖 1：LM-Ag-pSBS液態(tài)金屬基生物電極的設(shè)計與制造。a）耐用和長期生物相容性生物電極的應(yīng)用示意圖。b）長期生物電極的生物相容性要求：多孔基質(zhì)的透氣透液性和LMs電極的表面順應(yīng)性。c）界面調(diào)控策略提升的LMs浸潤性。d） LM-Ag-pSBS電極的制備流程示意圖。

圖 3：a）LM-Ag-pSBS在拉伸和摩擦狀態(tài)下的導(dǎo)電機(jī)理圖。注：F_LM為LMs對AgNPs的束縛力；b）照片展示了LM-pSBS和LM-Ag-pSBS在志愿者手臂皮膚表現(xiàn)摩擦后留下的痕跡；c）尼龍織物、pSBS、Ag-pSBS、LM-Ag-pSBS的透氣性比較；d）Ag-pSBS、LM-Ag-pSBS、硬金屬電極、商用ECG電極的皮膚接觸阻抗比較；e）浸泡LM-Ag-pSBS和LM-pSBS后，人工腦脊液中Ga、In離子濃度的變化；f）L-929細(xì)胞在不同培養(yǎng)組的活力定量測定；g）不同培養(yǎng)組在培養(yǎng)12、24和48小時后在450 nm處的CCK8吸收。

  文章鏈接https://doi.org/10.1002/adma.202413728