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AFM打印一套可完全消失的植入电子!无需二次手术取出

发布时间：2026-10-09 00:24:14 最近访问：2026-10-09 00:24:14

标题：Materials and Design Strategies of Fully 3D Printed Biodegradable Wireless Devices for Biomedical Applications

期刊：Advanced Healthcare Materials

单位：首尔国立大学、檀国大学等韩国多家单位

DOI：https://doi.org/10.1002/adfm.78432

EFL推荐理由

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可降解植入电子可避免二次取出手术，降低异物炎症反应。传统可降解电子高度依赖光刻、薄膜沉积等洁净室微加工，工艺复杂、材料兼容性受限，难以实现个性化复杂三维构型。该工作搭建一套完整全3D打印可降解电子墨水库，包含导电、半导体、介电、封装墨水，一步集成制备二极管、晶体管、LC无线单元、物理/化学生物传感器。代表性开发无线压力传感器与无线外周神经刺激器，完成大鼠及比格犬大动物体内验证；器件可在数周至数月内生物降解，血液学评估证实降解产物具备良好生物相容性，为定制化瞬态植入医疗器械提供增材制造新方案。

【核心问题】

1.传统微加工制备可降解电子依赖洁净室，工艺繁琐，难以实现个性化三维复杂结构。

2.现有3D打印可降解电子大多只能打印简单导电线路，缺少可打印半导体、介电材料，难以制备有源器件与完整无线系统。

3.植入环境体液易造成器件提前溶蚀，需要匹配的可降解封装策略，同时兼顾打印流变与电学性能。

4.从材料墨水、元器件到无线系统，从小动物到大动物的完整体内验证案例仍然稀缺。

【设计理念】

开发四大类挤出式可降解打印墨水：

1）导电墨水：Zn‑PCL、Mo‑PBAT，通过乙酸电化学烧结构建颗粒间导电桥，大幅提升电导率；

2）半导体墨水：ZnO‑PCL体系，引入亮黄、靛蓝等共轭分子，借助费米能级钉扎提升载流子输运；

3）介电墨水：Si₃N₄复合 PCL，调控介电性能；

4）封装墨水：PBAT‑小烛树蜡双层复合，延缓体液侵入，延长器件工作寿命。

利用多喷头3D打印，一体化成型无源（电阻、电容、电感线圈）、有源器件（肖特基二极管、PN结、电解质门控晶体管）；进一步集成LC无线回路，制备无线压力传感器、管状无线神经刺激器，在大鼠、犬坐骨神经损伤模型开展体内验证，器件完成治疗功能后逐步降解吸收。

【性能表现】

墨水与封装性能

-Zn‑PCL导电墨水烧结后电导率最高可达10⁵S/m；共轭分子改性使ZnO半导体墨水导电性提升数十倍。

-PBAT‑小烛树蜡双层封装，可将导电线路在PBS中电阻倍增时间延长至150h，有效抵御体液侵蚀。

-全部墨水具备合适剪切变稀流变特性，可稳定挤出堆叠，打印线宽可达0.1‑0.4mm。

元器件与传感器性能

-打印得到肖特基二极管、PN结二极管、电解质门控晶体管，实现整流与栅极调控；制备温度、UV、电容式压力、pH、葡萄糖多类可降解传感器。

-LC无线压力传感器嵌入3D打印支架，通过谐振频移实现无线压力检测。

体内动物实验

-无线神经刺激器依靠RF射频耦合无线取电，输出单相脉冲电刺激；大鼠皮下植入可诱发肌肉复合动作电位CMAP；犬大动物模型包裹离断坐骨神经，成功记录神经复合电位CNAP。

-体外加速条件下器件14周完全降解；大鼠体内18周逐步崩解；血液学、体重监测显示无明显炎症及系统毒性。

研究局限性

1. 当前打印分辨率仍有限，难以实现微型高密度集成。

2. 器件力学偏硬，和软组织柔顺匹配仍有优化空间。

3. 缺少长期大动物慢性植入的完整数据。

【核心内容】

1. 多功能可降解电子墨水开发

以PCL、PBAT可降解聚合物为基体，分别复合Zn/Mo导电填料、ZnO半导体填料、Si₃N₄介电填料。导电墨水借助乙酸电化学烧结消除颗粒间氧化层，构建导电通路；针对ZnO半导体导电性差的痛点，引入共轭有机分子，通过能级对齐改善电荷输运。双层PBAT‑小烛树蜡封装策略解决体液快速渗透难题，显著延长器件服役时间。