柔性可穿戴生物电子领域需要兼具柔性、可拉伸性、生物相容性及长期稳定性的材料。聚二甲基硅氧烷（PDMS）因其与生物组织相近的仿生特性，成为此类器件的常用基底材料，但其固有疏水性导致在生物环境中性能受限。基于这个背景，来自宾厄姆顿大学生物医学工程系 Koh 教授团队在 《Advanced Materials Technologies》 期刊发布了“Multifunctional Fibrous Mats: Stretchable, Conductive, and Hydrophilic Platforms for Wearable Electronics”的最新研究成果。该团队通过向聚二甲基硅氧烷（PDMS）中添加聚乙二醇嵌段共聚物（PEG-BCP），采用静电纺丝技术，成功开发出一种具有亲水性、可拉伸性和生物相容性的纤维垫，该纤维垫可应用于可穿戴电子器件中。具体制备流程见图1。

1. 亲水性提升

通过添加PEG，PDMS-PEG纤维的水接触角（WCA）显著降低，从未改性的PDMS的125°降至约51°，并在7天内保持较低水平，展示出良好的长期亲水性（见图2）。此外，该材料在透湿性（WVTR）方面优于未改性的PDMS纤维，说明其具有更好的水汽通透性和皮肤适配性（图3）。相比传统的等离子体处理方法，PDMS-PEG纤维在亲水性能的持续性和稳定性方面具有显著优势。

2.可拉伸性提高

从图 4 的应力 - 应变曲线可以看出，PDMS、1 wt.% PDMS - PEG 和 2 wt.% PDMS - PEG 纤维垫的最大应变分别为 563.20%、308.80% 和 189.60%。尽管随着 PEG 含量的增加，可拉伸性有所下降，但 PDMS - PEG 纤维垫仍能保持良好的柔韧性和可拉伸性。同时，其粘附力相对较低，在干态下 ，PDMS 纤维垫的粘附力为 19.21 kPa，而 1 wt.% 和 2 wt.% PDMS - PEG 纤维垫的粘附力分别降至 2.62 kPa 和 1.64 kPa。这说明添加了PEG改性后的PDMS 纤维垫在可穿戴设备应用中能够更好地贴合皮肤，同时减少对皮肤的刺激和损伤。

3. 生物相容性更佳

而从图 5 的 Live - Dead 图像和细胞计数结果可以看出，PDMS-PEG 纤维垫上的细胞粘附和增殖情况明显优于未改性的 PDMS 纤维和薄膜。例如，PDMS-PEG纤维垫上的成纤维细胞计数为 375.67 ± 110.93 个 / 200 μm，比对照孔中的细胞数量高出 120.12%。这反映出 PEG 的加入显著改善了 PDMS 的生物相容性，使其更适合于长期生物应用。

4.导电性能更优异

研究还发现PDMS - PEG 纤维垫可以作为导电材料的优良基底。从图 7 的 SEM 图像可以看出，PDMS - PEG 纤维经过化学镀金后的金涂层覆盖率显著高于未添加 PEG 的 PDMS 纤维。例如，PDMS 纤维在化学镀金后金的沉积百分比为 10.72% ±0.52%，而 PDMS - PEG 纤维的金沉积百分比为 36.30% ±1.37%。此外，电化学测试结果表明，PDMS - PEG 纤维镀金后的扩散系数为 3.83×10⁻⁵ cm²/s，高于未镀金的 PDMS - PEG 纤维。这表明化学镀金有效提升了 PDMS - PEG 纤维的导电性和电化学性能，使其在生物电子设备中的应用前景更加广阔。

综上所述，本研究通过将两亲性聚合物聚乙二醇嵌段共聚物（PEG-BCP）引入多孔PDMS基体，成功开发出亲水性可拉伸PDMS静电纺丝纤维膜。这种亲水性硅胶无纺布在保持7天水接触角显著降低（从125°降至51°）的稳定亲水性能外，同时细胞粘附性增强且透气性提升。实验显示PDMS-PEG纤维的细胞增殖率优于未改性PDMS纤维，展现出长期生物应用潜力。该材料在机械应力下仍保持结构完整性，拉伸应变可达308.8%且粘附力降低。

这种新型材料突破了传统PDMS纤维基底的局限，可实现化学镀金工艺，为开发兼具亲水性、可拉伸性、导电性和生物集成特性的可穿戴纤维电子器件及生物医学装置提供了新思路。可以预见，静电纺丝技术凭借可以制备高比表面积等优势，在柔性材料的研究制备上愈受欢迎，而纺丝技术的稳定离不开一台专业精良的静电纺丝设备，微迈MN60静电纺丝机采用多针智能下纺系统，高度模拟工业级生产环境，可精准高效调控纺丝距离、流速等研究条件，并支持多样化纺丝需求，可为实验级研究与科研成果产业化提供一键链接。

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文献来源: https://doi.org/10.1002/admt.202500342