本報北京9月16日電（記者晉浩天）你戴的隱形眼鏡、吃過的果凍，核心材質都是水凝膠，柔軟親膚，觸感和人體軟組織十分接近。用它做腦機接口、心臟起搏器等長期植入體內的電子器件，是科學界構想過的事：設備能像人體組織一樣舒適地“潛伏”在體內。可水凝膠極度親水，進入人體后會不受控制地吸水膨脹，器件幾天甚至幾小時就報廢。日前，西湖大學未來產業研究中心周南嘉、姚遠聯合西湖大學醫學院陶亮團隊，設計出全新材料與3D打印機制，解鎖了植入式全水凝膠生物電子器件。

水凝膠“太愛喝水”，是它走向體內的第一道坎。普通水凝膠放進水裡，會像“水寶寶”一樣持續吸水膨脹，材料學上叫“溶脹”。植入體內后，體液讓封裝層膨脹、機械性能大幅下降，精心排布的導電網絡被生生扯斷。2022年，周南嘉團隊已首創水凝膠軟電子器件的3D打印技術，卻因溶脹，始終無法架起連接人體與機器的長期橋梁。

轉折來自一次偶然。團隊在做其他課題時發現了一種不溶脹的水凝膠：早期隱形眼鏡材料。它泡水“不脹”，可又硬又脆，植入體內會引發強烈異物反應。怎麼才能既保留“不脹”又變軟？團隊把親水單體和疏水單體混合在水中，前者“安撫”了后者，溶液被紫外光一照，就原地自組裝成水凝膠。“我們很驚喜！”姚遠說。

驚喜之后是挫折。第一批材料能拉長十幾倍，新購試劑做出來的卻極脆，“我們做了好多次，怎麼都復現不了！”排查一個多月，姚遠找到了“罪魁禍首”，“市售單體裡的微量交聯劑雜質，它像膠水一樣把高分子鏈綁死。僅從98%純度換成96%純度，拉伸性就損失數十倍。去除雜質后，新材料在水中幾乎不溶脹，拉伸率飆升至2300%到3500%，柔軟程度與人體軟組織相差無幾。”

底座有了，還差一張“電網”。團隊發現，傳統導電水凝膠電導率往往低於1000S/cm，遠不夠用。他們把抗溶脹水凝膠粉碎成10到20微米的微凝膠顆粒當“骨架”（比最細的頭發絲還細），再把約5微米的銀片擠進顆粒縫隙裡，“像在擁擠的石塊縫隙中鋪設電纜”，銀片密集接觸成網，用嵌入式3D打印把電路織進水凝膠。

真正難熬的是兩個月的“至暗時刻”：打印出的電路電導率時好時壞。“每次做四個樣本，總是一兩個可以，另外的不行。”團隊給樣本編號、逐項排查，發現秘密藏在“打印完成”到“光照固化”的等待時間裡：單體向銀片網絡滲透，等太短導電網絡易斷，等太長導電率斷崖式下跌。他們找到10到14分鐘的“黃金窗口期”，用“兩步固化法”鎖死狀態，電導率飆升至約3550S/cm，比多數已報道的導電水凝膠高出一個數量級以上。

在大鼠體內，器件通過了“活體大考”。全水凝膠腦機接口能緊緊貼合柔軟的腦組織，植入1周和5周都能清晰記錄神經電信號﹔包裹坐骨神經的無線神經刺激器，僅約400毫伏電壓就能誘導腿部運動。最難得的是，這種水凝膠在體內像穿了“隱身衣”，幾乎沒有引發異物反應和炎症。

姚遠透露，下一步計劃把導電網絡中的銀換成更穩定、無毒的金。從腦機接口到神經修復電極，通往長期穩定、與人體高度融合的醫療器械的大門正在被推開。