可生物降解的电子产品可能凭借控制溶解速率的能力而取得进步

可生物降解的电子产品可使医疗设备(如药物输送系统、起搏器或神经植入物)在不再需要时安全地降解为可被人体吸收的材料。但如果水溶性设备降解得太快，它们就无法实现其目的。

现在，研究人员通过试验封装设备的可溶解元素(例如无机填料和聚合物)，已经开发出控制这些可生物降解电子产品溶解率的能力。

该团队由宾夕法尼亚州立大学詹姆斯·亨德森纪念工程科学与力学副教授程寰宇(Larry Cheng)领导，他们在《先进功能材料》杂志上发表了他们的研究成果。

“可生物降解的电子设备使患者只需进行一次手术而不是两次，因为一旦植入，他们就不需要进行第二次手术来移除植入物，但我们仍然需要该设备持续足够长的时间来实现其医疗目的，”论文共同第一作者、工程科学和力学博士生、宾夕法尼亚州立大学跨学科神经工程培训项目研究员安坎·杜塔 (Ankan Dutta) 说。

“在这项工作中，我们开发了一种封装策略，使得设备可以在体内停留 40 多天而不会降解，同时保持其机械性能，这超过了以前报道的设备。”

Dutta 解释说，使用氧化锌或二氧化硅基填料封装可生物降解的设备可以使设备分解得更慢，因此可以使用更长时间。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学博士生、跨学科神经工程培训项目研究员 Ankan Dutta 是该论文的共同第一作者。图片来源：Kate Myers/宾夕法尼亚州立大学

Dutta 使用建模软件来确定使用不同的材料和设计对电子植入物在体内开始降解的影响。他和团队发现，在设备上涂上二氧化硅薄片最能控制降解速度。

通过建模，Dutta 还确定了封装的宽度和厚度之比(或纵横比)在预测设备退化开始时所起的作用。

Dutta 表示：“我们可以根据长宽比、所用材料类型和填充物数量来微调设备退化的速度，而且成本不高。我们正在实现所谓的‘按需瞬态电子’，即根据植入物的材料被动控制其在体内退化的速度。”

高丽大学 (KU) 的合作者在共同通讯作者、高丽大学-韩国科学技术研究院 (KIST) 融合科学与技术研究生院副教授 Suk-Won Hwang 的带领下，利用 Dutta 的模拟技术制造出了一种可生物降解植入物的原型。

Hwang 表示：“高效可生物降解封装方法可以显著延长电子设备的功能寿命，该封装方法由可生物降解的聚合物基质和可生物降解的有机填料组成，形成分散的复合溶液。”

“将复合溶液铸成薄膜，无需额外处理即可进行大规模生产，增强了其实际适用性。”

在过去的研究中，杜塔在与程合著的一篇综述论文中概述了这一点，该论文于 2023 年发表在《纳米尺度》上，研究人员探索了植入物的主动降解。在主动降解中，研究人员使用超声波或光技术等第三方系统从体外触发设备分解——然而，他们发现这种做法在临床环境中成本高昂且困难重重。

Dutta 说：“无需使用第三方系统就能自行被动降解的设备不仅价格低廉，而且在未来更可能用于病人护理。”

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