近日，麦吉尔大学李剑宇教授团队在Science Advances发表了题为Mechanoadaptive nanowire viscoplastic composites with strain-enhanced conductivity for reprocessable bioelectronic interfaces的研究论文，提出“粘塑性导体”这一软导体设计新思路。团队将银纳米线嵌入可流动的粘塑性聚硼硅氧烷（PBS）基体，得到粘塑性导体（VPC）。该材料导电率约 4×10⁵ S/m，在超过 100% 拉伸下电阻几乎不变，且可自愈、重塑和回收。作为干电极，VPC 可稳定贴附皮肤，并在人体中实现了喉周肌肉疲劳的高分辨率肌电监测。

研究背景：

  可穿戴与植入式生物电子器件需要与柔软、不断运动的人体组织紧密接触。然而现有软导体大多基于弹性或粘弹性材料：一旦拉伸，电阻往往明显上升；贴在组织上还会储存弹性能、持续拉扯皮肤，久而久之导致接触不稳甚至脱落，而且通常难以回收再利用。

设计思路：让基体“流动”，让纳米线“重组”

  粘塑性材料在小变形时像固体，变形较大时则会屈服并流动。团队将高导电的银纳米线与这种 PBS 基体结合：基体内部依靠可断裂、可重组的动态硼氧键相连，能够迅速释放应力、随意塑形；而基体的流动又让纳米线在拉伸中重新排列、彼此搭接，从而保持导电通路。最终得到的 VPC 像一块“导电橡皮泥”，可轻松捏成各种形状（图1）。

图1 VPC 的结构设计、外观与导电性能。图片来源：Huo et al., Sci. Adv. 2026

应变增强导电：越拉越导电

  VPC 的银纳米线含量不到 5 vol% 时，导电率就已超过 10⁴ S/m，最高约 4×10⁵ S/m，在同类软导体中以较低填料用量实现了较高导电性。

  更关键的是它的拉伸表现。印刷成蛇形电路后，无论拉伸还是弯折，串联的 LED 亮度都保持不变。拉伸至约 100% 时，VPC 电阻几乎不变；而同样含银纳米线的交联 PDMS 电阻会急剧升高数个数量级。扣除拉伸变薄的影响后，VPC 的本征电导率甚至随应变增加。电镜观察显示，拉伸后原本杂乱的纳米线沿受力方向排列，导电通路反而更加顺畅。

  这种特性也带来了出色的耐用性：1000 次折叠后电阻依旧稳定，而商用银浆在 100 次内便明显失效；反复揉捏重塑 100 次后，导电性能和拉伸下的稳定性也保持不变（图2）。

图2 VPC 在拉伸、折叠和反复重塑下保持稳定导电。图片来源：Huo et al., Sci. Adv. 2026

贴肤顺应与可再生粘附

  VPC 的应力松弛只需约 0.33 秒，几乎不留残余应力，而交联 PDMS 需约 100 秒且保留八成以上应力。因此 VPC 贴上皮肤后能迅速“服帖”，不会持续拉扯组织，其对皮肤的粘附能也明显高于 PDMS。

  揭下后只需重新揉捏，表面即可“焕新”，同一样品连续使用 20 次仍保持稳定粘附。此外，VPC 切开后可自行愈合并恢复导电，用过的材料还能溶解后重新成型回收。（图3）。

图3 VPC 的粘塑性力学行为与可重复使用的皮肤粘附。图片来源：Huo et al., Sci. Adv. 2026

应用：生物相容的干电极与嗓音疲劳监测

  VPC 细胞相容性良好。在大鼠实验中，它稳定贴附皮肤 7 天，毛发可直接穿透材料生长，皮肤无明显炎症；得益于银纳米线，其表面还能杀灭大肠杆菌和粪肠球菌（图4）。

图4 VPC 的生物相容性、皮肤贴附与抗菌性能。图片来源：Huo et al., Sci. Adv. 2026

  作为不含凝胶的干电极，VPC 的皮肤接触阻抗明显低于商用 Ag/AgCl 金属干电极，接近湿凝胶电极；在弯曲的肘部和关节活动前后，其阻抗也比凝胶电极更稳定。

  颈部喉区曲面复杂、活动频繁，传统电极难以贴合。团队将小尺寸 VPC 电极贴在颈部多组肌肉上，信号质量与商用电极相当，并能清晰区分正常发声与用力挤压发声。在 30 分钟大声朗读的嗓音负荷实验中，受试者疲劳感逐步上升，VPC 记录到的肌电中位频率随之持续下降，准确捕捉到了肌肉疲劳信号（图5）。

图5 VPC 电极用于人体颈部肌电与嗓音疲劳监测。图片来源：Huo et al., Sci. Adv. 2026

总结

  该研究通过将银纳米线与粘塑性基体结合，让软导体同时做到“越拉越导电”、贴肤无应力，以及可重塑、可回收，并在人体肌电监测中验证了其实用价值。这一材料为可穿戴电子、临床监测、移动健康与软体人机交互提供了新的选择。

关于李剑宇课题组

  加拿大麦吉尔大学李剑宇课题组致力于研究生物材料的力学行为，并利用跨学科原理和技术，开发能够与人体相互作用、促进修复与再生的新型材料。课题组聚焦力学、材料科学与生物医学工程的交叉前沿，在生物粘附、止血材料、组织修复、可穿戴电子及生物制造等方向开展创新研究。近期代表性成果包括：通过力学设计的工程化凝血块（Nature, 653, 723-730，2026）；利用蚊子口器作为天然微喷嘴，实现高精度3D打印（Justin Puma，Science Advances, 11, eadw9953，2025）；以及利用纳米晶须构筑高抗疲劳生物粘附界面（Nature Communications, 16, 6826，2025）。这些研究体现了课题组以基础力学研究驱动生物材料创新，并推动其在医疗健康领域应用的研究理念。

  论文信息

  论文标题：Mechanoadaptive nanowire viscoplastic composites with strain-enhanced conductivity for reprocessable bioelectronic interfaces

  期刊：Science Advances, 2026, 12(42), eaef5042（2026年10月16日在线发表）

  作者：Ran Huo、Shengyun Huang 为共同第一作者，麦吉尔大学 Jianyu Li（李剑宇）教授为通讯作者。合作者包括麦吉尔大学 Nicole Y. K. Li-Jessen 教授、加州理工学院 Wei Gao （高伟）教授、加拿大国立科学研究院（INRS）Dongling Ma 教授、麦吉尔大学博士后Heng Zhu (朱恒)等。

  论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef5042

  DOI：10.1126/sciadv.aef5042