海藻酸钙纤维

植入式微电子设备的新型材料

●创新点

对可植入式微电子设备来说，提高与生物组织器官在力学和电学性能方面的匹配度，可有效降低免疫反应，并实现生理电信号的可调性。然而，由于受到缺少合适材料的限制，植入式微电子的设计仍然是一个挑战。上海科技大学物质学院凌盛杰课题组基于海藻酸钙纤维（AHIF）的离子导体材料，成功制备出具有多级结构的海藻酸钙纤维，并实现了其力学、电学性能的灵活可调性，以匹配不同的生物应用场景。

●方法和结果

在AHIF 湿法纺丝过程中，研究人员同时采用了离子螯合和机械训练技术，由此制得的AHIF 保留了高取向分子网络结构，并具有稳定的分子网络取向与宏观取向的多级微纤结构，使其力学性能得到了显著提升。接着，通过计算机模拟和实验，研究人员系统地验证了机械训练诱导下AHIF 的硬化、强化和增韧效果及机制，并成功实现了在0.1 ～5.0 MPa 范围内对海藻酸钙水凝胶模量的调控。同时，研究人员还借助生物相容性和降解性实验，证明了AHIF 具有良好的生物安全性。此外，基于由AHIF 内部钙离子和水所带来的优异的离子导电性，研究人员进一步设计了一种非接触式的电信号发生器模型，通过机器学习模型对AHIF激发的信号进行学习，实现了对AHIF 状态的准确判定。

应用前景

由于AHIF 在力学和电学方面的灵活性能，以及在生物应用领域的安全性，其在植入式微电子领域拥有广阔的应用场景。此外，该研究中的非接触式电信号发生器模型有助于监测植入的AHIF 器件在生物体内的情况，在生物传感器、人机交互等领域也具有一定的发展潜力。