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《AFM》：濕粘彈性體用于液態金屬基適形表皮電子器件

? ? ? ?可穿戴電子設備越來越多地用于不同情況下的健康監測和治療。然而，很少有設備能在運動和淋浴后(出汗、變形、摩擦)與皮膚粘附而不變形。近日，南方科技大學微流控-生物材料實驗室與國家納米科學中心施興華教授等人合作提出了一種簡便的方法，利用聚乙二醇(PEG)混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)膠粘劑(PPA)制備金屬聚合物導體(MPC)，將鎵基液態金屬合金電路封裝為表皮電子器件。在PDMS預聚物中加入PEG可以得到比PDMS本身承受更大變形的、更柔軟的濕粘彈性體。柔軟的可粘接電子產品可與皮膚適形粘接達2天以上。實驗證明，這些電子器件能夠滿足運動和淋浴48小時穿戴時的運動檢測、電生理信號檢測和皮膚傷口愈合的需求。

? ? ? ?作者預計這種具有優良生物安全性的濕粘電子產品將得到廣泛應用，解決醫用膠粘劑和人機界面存在的問題。相關工作以“Wet-Adhesive Elastomer for Liquid Metal-Based Conformal Epidermal Electronics”為題發表在3月18日的《Advanced Functional Materials》。

圖1. PPA和PPA- MPC電子設備示意圖

圖2. PPA的機械性能及附著力

【文章要點】

一、PPA的制備及表征

? ? ? ?為防止溶劑不受控制的蒸發所造成的缺陷，提高彈性體的力學性能，選用了分子量分別為200、400和600的室溫液態PEG寡聚體。研究者研究了添加不同比例PEG低聚物的粘接劑的模量(圖2a)、斷裂伸長率(圖2b)和對前臂皮膚的粘接力(圖2c)。當相對量相同時，PEG-600組的模量較低，斷裂伸長率較高，附著力較高。最大添加量時，彈性體的模量和粘結力似乎相同，分別為30 kPa和0.9 N cm?1。

? ? ? ?將PPA貼附于前臂皮膚，剝離后進行皮膚附著試驗。將剛固化的PPA和放置14 d的PPA分別貼附在前臂皮膚上，并測試各組剝離力，以測試室溫下PPA粘附性能的保留效率。剛固化的PPA的剝離力為0.87 N/cm，兩周前固化的PPA的剝離力為0.54 N cm?1(圖2e)。測試了不同附著時間下PPA的剝離力。48 h后，附著力從0.9 N cm?1略微下降到0.63 N cm?1(圖2f)。最后進行了循環粘附剝落試驗。粘連剝離40次后，粘連力仍大于0.5 N cm?1，表明PPA連續剝離后仍可作為表皮粘接劑使用(圖2g)。

圖3. PPA-MPC電子器件性能及PPA-MPC粘接應變傳感器的運動檢測

二、用于運動檢測的PPA-MPC粘接式應變傳感器

對于應力-應變曲線，PPA-MPC電子器件顯示出比PDMS-MPC明顯更低的模量和更高的伸長率(圖3a)。測試了不同應變下電阻的變化，應變傳感器的應變分別為20%、40%、60%、80%，具有較高的精度和線性度(圖3b)，顯示了其在連續精確傳感方面的巨大潛力。該應變傳感器被拉伸至50%，循環1000次，以表征其耐久性。顯然，它可以承受這種連續的變形，并且在整個過程中保持一個穩定的電阻(圖3c)，這意味著應變傳感器能夠長期的運動監測。將應變傳感器連接到肘部和膝蓋皮膚上，并以不同的速度連續彎曲(圖3d,g)。該自粘式應變傳感器能夠保持穩定的粘接，變形與皮膚保持一致。36小時后，再次執行相同的任務。在這段時間里，除了日常工作外，研究者做了一個小時的運動，洗了兩次30分鐘的淋浴。結果顯示，佩戴36小時后，應變傳感器仍能適形附著在皮膚上，并實時顯示關節的運動(圖3e,f,h,i)。

? ? ? ?原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202200444

《ACS Nano》：基于納米纖維的柔性電子導管用于體內清除循環腫瘤細胞

? ? ? ?清除外周血中與腫瘤轉移和復發密切相關的循環腫瘤細胞(CTCs)有助于降低腫瘤復發和轉移的概率。然而，傳統的旨在殺死CTCs的治療方法往往會對正常的血細胞、組織和器官造成損傷。近日，南方科技大學微流控-生物材料實驗室報道了一種柔性電子導管，它可以通過不可逆電穿孔(IRE)高效地捕獲和殺死CTCs。柔性電子導管由納米纖維(NFs)與液態金屬聚合物導體(MPC)電極組裝而成。用上皮細胞粘附分子(EpCAM)抗體修飾NFs，以提高特異性生物識別和細胞粘附能力。導管可反復篩查全身血液，納米纖維上的EpCAM抗體可使CTCs富集到導管表面。利用高比表面積，這種基于NFs的導管在CTCs中的捕獲效率比以前報道的研究高25倍。此外，每mm2導管非特異性捕獲的白細胞數量小于10個，而原來的4-11 × 106 mL-1全血數量較多，顯示了柔性電子導管良好的特異性。柔性和生物相容性的MPC電極對兔模型中捕獲的CTCs具有100%的殺滅效率。此外，未見明顯血液學指標及血管及主要器官形態變化，說明該電子導管具有良好的生物相容性。這種功能性電子導管為提高臨床腫瘤治療效率提供了一種新的替代策略。相關工作以“Flexible Electronic Catheter Based on Nanofibers for the In Vivo Elimination of Circulating Tumor Cells”為題發表在3月18日的《ACS Nano》。

方案1. 使用柔性電子導管在體內富集和消除CTCs的示意圖

圖2. 治療用導管對癌細胞的體外捕獲和殺傷性能

【文章要點】

一、柔性電子導管的體外試驗

? ? ? ?根據研究者的設計，具有微米孔隙的網絡結構可以擴大比表面積，使CTCs有很高的捕獲概率(圖2A)。最終結果表明，MPC/ NF導管可有效捕獲55.2%的HepG2細胞。利用高表面積、高孔隙率和靶區富集的優點，NF基導管用于CTCs的捕獲效率比之前報道的高25倍(圖2D,E)。此外，研究了CTCs致死的電壓。HepG2細胞在不同電壓(50、100、200 V)作用10 ms。CCK-8染色分析顯示，隨著電壓升高，細胞活力下降，在200 V時細胞幾乎死亡(圖2F)。annexin V-FITC/碘化丙啶染色分析顯示，IRE引起的凋亡是HepG2細胞死亡的主要原因(圖2G)。這些結果證實了本方法的可行性，并表示了IRE作用在臨床CTC治療中的潛在應用。

圖3. MPC/ NF導管體內CTC捕獲能力的評價

二、柔性電子導管的體內試驗

? ? ? ?研究者建立了基于MPC功能化和NF功能化靜脈留置導管的體內CTC清除系統(圖3A、B)。使用新西蘭兔模型進一步測試性能。捕獲的HepG2細胞經免疫染色鑒定為DAPI+/ PE-CD45 - / FITC-CK +。在1、2、3只家兔上分別捕獲HepG2細胞2580、2192和1908個。無EpCAM特異性抗體的導管作為對照；分別從4、5和6只家兔中捕獲18、32和48個HepG2細胞(圖3C、D)。HepG2的捕獲效率比之前報道的高11倍。MPC/NF導管的非特異性捕獲WBCs的數量小于10個/mm2，而原來MPC/ NF導管的全血數量為4-11 × 106 mL-1，顯示了MPC/NF導管的良好特異性。HepG2細胞富集后，在電極上施加200 V電壓10 ms進行細胞殺傷。AO和PI成本法顯示，MPC/NF導管可以使IRE殺死所有捕獲的細胞，殺傷效率為100%(圖3E,F)，表明具有良好的體內清除CTCs能力。

? ? ? ?原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09807

本文轉載自：高分子科學前沿公眾號