CEJ | 打印生物黏附形状记忆弹性体

生物医用黏附材料需同时满足高拉伸性、柔性与强黏附性，但现有材料存在性能 trade-off：强黏附往往牺牲弹性，高拉伸体系interfacial toughness不足，且在湿润生理环境下易失效，难以适配动态组织、柔性电子等复杂场景。

美国密苏里大学等团队在《Chemical Engineering Journal》发表的研究，推出了一款4D打印生物黏附形状记忆弹性体（SME）。它以新型聚乙二醇 - 十二烷二酸二丙烯酸酯（AcP）为交联剂，结合N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）与十二烷基丙烯酸酯（DA），实现了拉伸率～700%、湿环境强黏附与体温附近可调形状记忆的协同性能，为柔性电子基板、组织修复等领域提供了全新方案！

研究成果

1. 新型交联剂设计：实现性能协同优化

结构协同：亲水段增强生物相容性与氢键结合能力，疏水段减少水分侵入，保护黏附界面；

性能调控：通过调整AcP的分子量与丙烯酰化程度，可将材料转变温度（Ttrans）调控在9-68℃，覆盖人体体温范围，适配体温触发的形状记忆功能；

打印适配性：UV照射10秒内C=C双键转化率近100%，满足DLP4D打印的快速固化需求，最小打印精度达100μm。

2. 优异的力学与黏附性能：适配复杂场景

力学性能突出：拉伸强度达18.5MPa，拉伸率可达700%，杨氏模量24MPa，兼具刚性与柔性，可适配关节等动态部位；

强黏附且耐湿：对干燥 / 湿润铝箔的黏附强度达～600kPa，对猪皮肤黏附强度达 90kPa，水下浸泡10天后仍保持94%的黏附强度，远超传统水凝胶；

多界面适配：可牢固黏附于金属、玻璃、聚合物及鸡心、肺、皮肤等多种生物组织， interfacial toughness达400J/m²。

3. 4D打印与形状记忆功能：动态适配与个性化制备

形状记忆可控：加热至转变温度以上可编程为临时形状，冷却固定后，再次加热（如靠近人体体温）可恢复原始形状，形状恢复率>90%；

个性化加工：通过DLP4D打印可制备微线圈、网格等复杂结构，精准控制几何形状与厚度，适配不规则组织表面或定制化柔性电子基板；

动态修复潜力：在猪肝脏切口模型中，打印贴片加热后可恢复原始形状并紧密贴合切口，实现无缝合组织闭合，为伤口愈合提供机械支撑。

4. 生物相容性与多功能拓展：兼顾安全与实用

高生物相容性：与C3H10T1/2细胞共培养4天后，细胞存活率>99%，且可通过调整单体比例调控降解速率，14周内重量损失可达65%，适配体内植入需求；

柔性电子基板：作为皮肤界面生物电子器件的基板，可牢固黏附皮肤，集成心电、温度、汗液离子传感功能，实现高保真生理信号采集，信噪比达25.7dB；

多场景适配：除生物医学领域，还可用于水下密封、柔性器件固定等场景，1cm×1cm 的贴片可在水下吊起500g重物，展现强负载能力。

图文导读

图 1. 所提出的生物黏附性聚（AcP-DA-NVP）形状记忆弹性体（SME）概述

图 2. 聚乙二醇 - 十二烷二酸酯（PEGDDA）与丙烯酰化聚乙二醇 - 十二烷二酸酯（AcP）的合成及表征

图 3. 打印聚（AcP-DA-NVP）形状记忆弹性体（SME）的力学性能。

图4. 聚（AcP-DA-NVP）形状记忆弹性体（SME）的黏附性能

图 5. 聚（AcP-DA-NVP）形状记忆弹性体（SME）的细胞相容性测试

图 6. 生物黏附性形状记忆弹性体（SME）作为皮肤生物传感器的基底材料

设备应用

团队先通过3D打印制备35mm×20mm×0.8mm的矩形生物黏附贴片作为基底；再将PEDOT:PSS 溶液干燥形成纳米纤维，重新分散后与5%银纳米线（NWs）墨水按不同比例混合，添加乙二醇（EG）、GOPS 等调节流变性（配方：水与 EG 质量比 4:1，GOPS 与 PEDOT:PSS 质量比 5%），配制得到印刷墨水；最后基于该墨水使用幂方微电子打印机制造各类电极及汗液 Na⁺/K⁺离子传感器，葡萄糖传感器。