柔性电子技术的发展正在不断推动电子器件向软组织环境延伸。然而，对于植入式生物电子系统而言，仅仅实现“柔软”远远不够。器件不仅需要与组织在力学性质上相匹配，还需要在潮湿、动态且复杂的生理环境中长期保持稳定的界面结合、电学性能以及功能输出。

  近年来，研究人员相继开发了可拉伸导体、导电水凝胶以及柔性电子器件等多种策略，以改善传统刚性电子材料与生物组织之间的失配问题。然而，这些体系往往面临新的挑战：导电弹性体通常缺乏组织粘附能力，导电水凝胶则存在机械强度不足、电导率有限以及与电子系统集成困难等问题。如何在同一材料体系中同时实现机械顺应性、稳定导电性、湿组织粘附以及多功能集成，仍然是生物电子领域的重要研究方向。

  针对这一问题，加州理工学院高伟教授团队开发了一种弹性体-水凝胶双相生物电子平台（ElHyX，Elastomer-Hydrogel Cross-functional Platform）。

  2026年6月10日，该工作以“Strain-insensitive wet-tissue-adhesive biphasic bioelectronics for physicochemical monitoring and adaptive therapy”为题发表于Nature Materials。第一作者为加州理工学院博士生李嘉鸿。

  研究团队通过分子级整合策略，将弹性体的优异力学性能与水凝胶的组织界面特性有机结合，构建出兼具组织粘附、应变不敏感导电、多模态传感和神经调控能力的新型生物电子材料平台。

图1: ElhyX 系统概览

  传统弹性体与水凝胶复合体系通常依赖表面处理、界面粘接或物理层压实现结合。然而，由于两类材料在化学组成和网络结构上的显著差异，其界面往往成为整个系统中最脆弱的区域，在长期使用过程中容易发生脱层和失效。

  为解决这一问题，研究团队首先对聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）弹性体进行化学改性，在分子链上引入可参与自由基聚合反应的乙烯基官能团。随后通过原位聚合策略，使水凝胶网络直接生长于弹性体表面，从而构建出具有分子级连续性的双相材料结构。

  这种设计避免了传统异质界面中的机械失配问题，使弹性体和水凝胶能够在保持各自功能特性的同时实现稳定耦合。弹性体提供机械支撑和电子功能，水凝胶则负责组织粘附和生物界面构建，两者协同形成稳定的组织-电子界面。

图2: ElHyX系统机械与电化学性能表征

  除了界面整合之外，研究团队进一步设计了具有强组织粘附能力的功能水凝胶。

  该水凝胶以聚丙烯酸为主体，通过引入带正负电荷的离子单体构建动态离子交联网络。与传统水凝胶相比，这种结构能够在吸水后维持较高的机械完整性，同时通过丰富的羧基与组织表面形成大量氢键，实现快速而稳定的湿组织粘附。

  实验结果表明，该双相材料能够牢固附着于心脏、神经、肾脏等多种组织表面，即使在持续变形和长期浸泡条件下仍保持良好的界面稳定性。此外，研究团队还利用尿素溶液实现了可控脱附，为植入器件后期取出提供了安全方案。

图3: ElHyX可拉伸物理与电化学传感

  在导电层设计方面，研究团队引入共晶镓铟液态金属作为功能填料。与传统依赖固体导电颗粒构建渗流网络的弹性导体不同，液态金属在形变过程中能够持续重构导电路径，因此能够有效避免拉伸过程中导电网络断裂的问题。

  研究发现，该复合材料在高达900%拉伸应变下仍能够保持稳定导电性能，并在超过1000次循环拉伸后几乎没有明显性能衰减。液态金属与弹性体形成的复合体系同时兼具低模量、高延展性和稳定导电性，为动态环境下的生物电子器件提供了可靠材料基础。

图4: ElHyX可植入装置

  依托统一的双相材料体系，研究团队进一步构建了多种功能器件，包括心电监测电极、电化学葡萄糖传感器以及神经袖套电极等。

  得益于稳定的组织界面和应变不敏感电学性能，这些器件能够在动态生理环境中持续工作，实现电生理信号记录、生化分子检测以及神经刺激等多种功能。

  进一步地，研究团队将心电监测、葡萄糖检测和迷走神经刺激集成于同一系统中，构建了闭环糖尿病治疗平台。在糖尿病动物模型中，该系统能够根据实时监测到的生理信号自动触发神经调控，实现血糖水平的反馈调节，展示出从疾病监测向自主治疗发展的潜力。

图5: ElHyX闭环血糖管理

  该工作提出了一种分子级整合的弹性体-水凝胶双相材料设计策略，实现了机械顺应性、组织粘附性、稳定导电性以及多功能集成的统一。通过将材料创新与生物电子系统设计相结合，ElHyX为长期植入式生物电子器件的发展提供了新的思路。

  未来，这一平台有望进一步拓展至神经接口、代谢疾病管理、炎症监测以及闭环治疗等领域，为下一代智能生物电子系统的发展奠定材料基础。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-026-02624-4