从1744年温克勒用导电线传输电火花宣告电线的产生，到21世纪导电线遍布大街小巷，导电线已融入到我们日常生活的方方面面。无论是工业上的电缆、生活中的电器，还是医学上的心脏起搏器等植入器件，任何和电有关的设备都离不开导线。随着社会的进步，在与人类健康息息相关的生物医学领域，人们对体内植入导线的要求越来越高，希望导线既能高效传输电信号，又能在体内直接降解，并且对人体无害。如今，兼具高效传输性、生物相容性和降解性的柔韧蚕丝导线终于诞生！
可再生天然聚合物为导线的发展提供了新思路，我们已不再局限于传统的金属导线。近日东华大学纤维材料改性国家重点实验室张耀鹏、范苏娜团队将生物相容性好、力学性能优异、降解速率可控的天然蚕丝作为主体，掺杂少量魔芋以调控其力学性能，蒸镀微量铬/金以实现导电，并控制其截面形状及导电层宽厚比，首次开发了导电金属含量低、导电性能好、质轻、柔韧、全降解的蚕丝导线，有望应用于柔性可穿戴电子和植入型生物电子器件领域。国际著名期刊《Journal of Materials Chemistry A》以全文形式报道了该重要成果（Natural Polymer-Based Bioabsorbable Conducting Wires for Implantable Bioelectronic Devices）。论文第一作者为博士生牛欠欠，共同通讯作者为范苏娜博士。
图1 应用于植入型电子器件的天然聚合物基可吸收型导线
本工作中制备的丝素纳米带和魔芋复合膜（SKCF）-Au导线质轻，密度约为1.6 g cm-3；基底和导电层厚度分别仅为39 μm和150 nm；且具有较好的柔韧性。为了验证导线对器件电信号的传输效率，研究者将SKCF-Au导线与丝素纳米带膜（SNRF）/再生丝素蛋白膜（RSFF）摩擦纳米发电机（TENG）相连接，集成了全降解型器件（图2a），并与通过传统金属导线连接的相同TENG的输出性能进行对比（图2b，c）。结果表明，SKCF-Au线与TENG连接时，最高输出电压为79.3 V，输出能量密度（PD）为314.3mW/m2，分别是连接传统金属导线的TENG输出性能的1.7-2.2倍和2.8-4.7倍（图2d）。这一优异的传输效率得益于SKCF-Au导线的截面形状和导电层较大的宽厚比（图2b，c插图）。更为重要的是，SKCF-Au导线具有生物可降解性，将其浸泡在37 °C的酶溶液中，28 d后，降解率约45%，证实了其有望应用于可植入电子领域，以真正实现器件的全降解。
图2 集成器件的输出性能。（a）将SKCF-Au与SNRF/RSFFTENG相连接集成生物可吸收型能量产生装置的设计示意图
此工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市优秀学术带头人项目、上海市自然科学基金、上海市科学技术委员会国际合作项目以及东华大学研究生创新基金等项目的资助。部分工作完成于上海同步辐射光源BL15U线站。博士生黄翔宇、吕莎莎和姚响副教授为共同作者。
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/ta/d0ta09701b
