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       传统水凝胶植入器件在体液环境下极易吸水溶胀，造成电路断路、界面剥离，同时植入后易诱发纤维化异物反应，难以实现长期稳定体内信号交互。西湖大学未来产业研究中心研究团队在Nature Materials发表研究，开发无表面活性剂微胶束原位光固化制备路线，构筑 HEA-EA 基抗溶胀本体水凝胶；将冷冻球磨微凝胶复配银片导电填料，制备可嵌入式 3D 打印两相导电水凝胶墨水，通过双步固化调控导电相微观分相结构。该体系平衡抗溶胀性能、高导电率与生物相容性，平衡态水凝胶溶胀系数仅 9.8%，平衡后导电水凝胶仍保有 1260 S cm⁻¹ 电导率，拉伸断裂应变超 1300%。小鼠皮下植入组织测序与多重免疫荧光证实材料可大幅降低巨噬细胞、肌成纤维细胞浸润，抑制致密纤维囊生成；依托该材料打印无线供电脑机接口、皮下光电器件、坐骨神经刺激器三类植入设备，大鼠体内 1–5 周可稳定采集皮层电位、无线调控肢体运动，为长期神经诊疗植入电子提供完整材料与制造方案。

文章摘要

       水凝胶生物电子器件是连接生物系统与电子系统的极具潜力的候选方案。然而，在湿润的生理环境中，要维持水凝胶器件与生物材料之间的稳定通信面临诸多挑战，这主要源于水凝胶封装层因溶胀而引发的机械降解以及导电网络的电学失效。为解决这一问题，我们报道了一种微胶束自组装方法，可制备出柔软、可拉伸且抗溶胀的水凝胶，将其作为植入式水凝胶生物电子器件的构建单元。与传统的溶胀型水凝胶及硅酮材料相比，这类抗溶胀水凝胶在长期植入过程中表现出更低的异物反应。通过采用微凝胶策略，我们将该抗溶胀水凝胶整合为支撑基质与双相导电水凝胶墨水，从而实现了水凝胶生物电子器件的嵌入式三维打印。通过调控制造过程中的单体扩散，我们能够定制导电水凝胶的导电相，使其电导率最高可达 4,000 S cm⁻¹，且在水性环境中达到平衡时，其电学失效时的应变可超过 1,300%。我们成功打印了多种类型的水凝胶生物电子植入装置，包括脑机接口、无线供电光电子器件以及坐骨神经刺激器。这些器件在植入大鼠体内后，均展现出优异的长期稳定性与可靠的运行性能。

文章亮点

 •摒弃传统高交联、疏水改性需大量溶剂交换的制备方式，利用亲水 HEA 与疏水 EA 单体自发形成油包水微胶束，紫外原位聚合形成纳米分相网络，疏水链段充当物理交联点。无需额外交联剂、无有毒表面活性剂析出，平衡态溶胀系数低至 9.8%，相较普通双网络水凝胶溶胀程度降低 24.5 倍，同时保持 2300%–3500% 超高拉伸性，软硬可通过单体配比精准调控，适配不同软组织贴合需求。该合成范式可拓展 HEMA、MEA 多套单体体系，具备普适性。

 •将抗溶胀水凝胶低温球磨粉碎为微凝胶颗粒，复配片状银填料得到可打印流变墨水；创新 UV 预固化 + 热后处理双步工艺，精准控制单体跨相扩散程度，形成银富集导电连续分相通道。平衡浸水后导电水凝胶仍可达 1260 S cm⁻¹，拉伸至 1300% 不断路，扭转、反复拉伸后阻抗波动极小，解决常规导电水凝胶遇水溶胀断开导电通路的行业痛点。

 •皮下植入多组对照实验（硅胶、普通溶胀水凝胶）证明，该软质抗溶胀水凝胶可下调胶原蛋白、肌成纤维细胞相关基因表达，促进胞外基质降解通路激活；8 周植入后纤维囊厚度与空白假手术组无显著差异，巨噬细胞、炎症蛋白标记物表达量大幅降低，不会形成隔绝组织的致密纤维包膜，保障器件与生物组织长期紧密贴合。

文章内容

图1 | 基于抗溶胀水凝胶的电子器件设计

图2 | 抗膨胀水凝胶的设计及其力学性能

图 3 | 抗肿胀水凝胶的体内药代动力学（FBR）研究

图4 | 双相导电抗膨胀水凝胶的电学性能与机电性能

图 5 | 无线供电功能性水凝胶电子器件的制备

图6 | 长期可植入型抗肿胀水凝胶基生物电子器件

总结

       植入式柔性生物电子长期受水凝胶溶胀断路、体内纤维化包裹两大核心问题制约，传统硅橡胶、普通导电水凝胶难以兼顾水环境稳定性与生物相容性。西湖大学团队提出微胶束自组装无溶剂化抗溶胀水凝胶制备策略，配套两相分相可打印导电墨水与双步固化成型工艺，同步实现极低溶胀率、浸水高导电性、类软组织柔顺力学性能；动物植入实验证实该材料可显著降低免疫炎症、抑制纤维囊生成，保障器件长期与组织共形贴合。依托嵌入式 3D 打印技术可一体化制备无线脑机、神经刺激、皮下光电器件，大鼠体内数周稳定完成信号记录与神经调控，整套材料体系与制造工艺兼顾生物安全性、水环境稳定性与规模化打印潜力，为长期植入式神经诊疗、人机交互电子设备提供全新完整开发思路。

文章信息

 本文内容来自期刊Nature Materials以3D-printed implantable bioelectronics enabled by anti-swelling and biphasic conductive hydrogels为题的文章。文章DOI号：10.1038/s41563-026-02691-7

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