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3D打印实现给“果冻”织上电网

植入式全水凝胶生物电子器件研制乐成

光亮日报北京9月16日电（记者晋浩天）你戴的隐形眼镜、吃过的果冻，焦点材质都是水凝胶，柔软亲肤，触感及人体软构造十分靠近。用它做脑机接口、心脏起搏器等持久植入体内的电子器件，是科学界构思过的事：装备能像人体构造同样恬静地“暗藏”于体内。可水凝胶极端亲水，进入人体后会不受节制地吸水膨胀，器件几天甚至几小时就报废。日前，西湖年夜学将来财产研究中央周南嘉、姚远结合西湖年夜学医学院陶亮团队，设计出全新质料与3D打印机制，解锁了植入式全水凝胶生物电子器件。

水凝胶“太爱喝水”，是它走向体内的第一道坎。平凡水凝胶放进水里，会像“水宝宝”同样连续吸水膨胀，质料学上叫“溶胀”。植入体内后，体液让封装层膨胀、机械机能年夜幅降落，精心排布的导电收集被生生扯断。2022年，周南嘉团队已经首创水凝胶软电子器件的3D打印技能，却因溶胀，始终没法架起毗连人体与呆板的持久桥梁。

迁移转变来自一次偶尔。团队于做其他课题时发明了一种不溶胀的水凝胶：初期隐形眼镜质料。它泡水“不胀”，可又硬又脆，植入体内会激发强烈异物反映。怎么才能既保留“不胀”又变软？团队把亲水单体及疏水单体混淆于水中，前者“抚慰”了后者，溶液被紫外光一照，就原地自组装成水凝胶。“咱们很欣喜！”姚远说。

欣喜以后是挫折。第一批质料能拉长十几倍，新购试剂做出来的却极脆，“咱们做了很多多少次，怎么都复现不了！”排查一个多月，姚远找到了“祸首罪魁”，“市售单体里的微量交联剂杂质，它像胶水同样把高份子链绑死。仅从98%纯度换成96%纯度，拉伸性就丧失数十倍。去除了杂质后，新质料于水中险些不溶胀，拉伸率飙升至2300%到3500%，柔软水平与人体软构造相差无几。”

底座有了，还有差一张“电网”。团队发明，传统导电水凝胶电导率往往低在1000S/cm，远不敷用。他们把抗溶胀水凝胶破坏成10到20微米的微凝胶颗粒当“骨架”（比最细的头发丝还有细），再把约5微米的银片挤进颗粒漏洞里，“像于拥堵的石块漏洞中铺设电缆”，银片密集接触成网，用嵌入式3D打印把电路织进水凝胶。

真正难过的是两个月的“至暗时刻”：打印出的电路电导率时好时坏。“每一次做四个样本，老是一两个可以，别的的不行。”团队给样本编号、逐项排查，发明奥秘藏于“打印完成”到“光照固化”的等候时间里：单体向银片收集渗入，等过短导电收集易断，等过长导电率断崖式下跌。他们找到10到14分钟的“黄金窗口期”，用“两步固化法”锁死状况，电导率飙升至约3550S/cm，比大都已经报导的导电水凝胶超出跨越一个数目级以上。

于年夜鼠体内，器件经由过程了“活体年夜考”。全水凝胶脑机接口能牢牢贴合柔软的脑构造，植入1周及5周都能清楚记载神经电旌旗灯号；包裹坐骨神经的无线神经刺激器，仅约400毫伏电压就能引诱腿部运动。最可贵的是，这类水凝胶于体内像穿了“隐身衣”，险些没有激发异物反映及炎症。

姚远吐露，下一步规划把导电收集中的银换成更不变、无毒的金。从脑机接口到神经修复电极，通往持久不变、与人体高度交融的医疗器械的年夜门正于被推开。

【新知解码】

嵌入式3D打印是甚么？

平凡3D打印是“搭积木”：质料一层层重叠，每一一层都患上有充足的硬度托住上面的新层。可水凝胶软患上像果冻，刚挤出来就瘫了，底子搭不起来。西湖年夜学团队的措施，是反过来——不搭，钻进去画。

打印针头直接扎进一块已经经成型的凝胶基质里，一边挪动一边挤出导电墨水，像于果冻里用打针器画电路。针头划过的路径，墨水留于内里；针头拔出来，软的凝胶本身就把陈迹“愈合”了。基质全程充任三样工具：支撑台，托着墨水不失；画布，圈定电路的位置；封装层，落成后直接把电路包于体内。

这个措施的精妙于在，打印出的器件自然就是“全水凝胶”的——电路不是贴于外貌，而是埋于柔软的质料内部，及人体构造接触的每一一壁都是软的，这才有了后面植入试验里“险些不激发异物反映”的成果。

（光亮日报记者 晋浩天）

《光亮日报》（2026年09月17日 08版）