第一作者：Clementine M. Boutry
通訊作者：Zhenan Bao, Paige Fox
第一單位：斯坦福大學（美國）
研究亮點：
極大地優化了植入式應變和壓力醫療傳感器的力學穩定性和可降解性等功能，使其集低遲滯、長期循環使用穩定性、長期使用壽命以及完全可降解性等優勢于一體。
植入式醫療傳感器件的一個重要用途在于，術后恢復階段的精準、局域治療和實時監測，有助于實現個性化定制的精準醫療。傳統的植入器件無法生物降解，長期存在體內的器件，將損害生物體內周圍組織或細胞，造成二次感染，甚至影響神經活動。如果通過手術取出植入器件，對人體造成二次傷害和新的安全風險。
圖1. 硅基植入式電子器件
Suk-WonHwang, Hu Tao, Dae-Hyeong Kim, Fiorenzo G. Omenetto, John A. Rogers et al. APhysically Transient Form of Silicon Electronics. Science 2012, 337, 1640-1644.
因此，近年來新型可生物降解的植入式器件逐漸成為市場新寵，并已經在醫療領域發揮越來越多的作用。這種器件在完成術后輔助治療和健康監測的使命后，可自動生物降解，被生物系統消化吸收，從而免除了二次手術的風險。
問題在于：市面上常規的可降解植入式電子傳感器大多是以無機Si納米膜覆蓋于有機基底制造，這就造成了這類電子器件在長期拉伸變形之后的兩大問題：
1）使用壽命不長
2）靈敏度失效，不具有可靠性。
有鑒于此，斯坦福大學鮑哲楠和Paige Fox團隊合作，報道了一種基于純聚合物制造的高度可拉伸、全部可降解的植入式應變和壓力傳感器，專門用于肌腱損傷修復期的力學行為監測。
圖2. 可拉伸、全可降解的植入式應變和壓力傳感器
該器件中含有1個電容式應變傳感器和1個電容式壓力傳感器。應變傳感器中包括2個梳狀電極，被54%的可拉伸橡膠以三明治方式隔離，用于響應應變行為。其中，可拉伸橡膠起到增強力學穩定性的作用。壓力傳感器中含有由PGS形成的微結構電介質，可用于響應壓力導致的上下電極之間的距離變化。
圖3. 長期循環穩定性和生物降解性
這種新型的植入式應變和壓力傳感器件具有以下優勢：
1）通過兩個垂直的獨立傳感器，可以實現對應變和壓力的分別傳感而不發生互相干擾；
2）對應變和壓力的響應靈敏度分別低至0.4%和12 Pa。
3）這種器件響應非常快，達到毫秒級別。
4）優異的力學穩定性，滿足足夠次數的應變和壓力循環測試。
5）基于小鼠實驗，驗證了其優異的生物兼容性和功能性。
圖4. 生物兼容性
總之，這項研究為植入式電子器件在實時監測肌腱修復等醫療領域的進一步應用提供了全新的思路。
Clementine M. Boutry, Paige Fox , Zhenan Bao et al. A stretchable and biodegradable strainand pressure sensor for orthopaedic application. Nature Electronics 2018, 1, 314–321.
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