DOI: 10.1002/adfm.202209277

近年来，人们对具有可拉伸组件的瞬态可穿戴电子产品的研究兴趣日益浓厚，因为它们能够与人体组织无缝贴合，更有趣的是，经处理后不会对环境造成污染。为了佩戴舒适性，它们的组成材料必须是柔软、坚韧、可拉伸、生物相容且可分解的。然而，大多数生物可降解材料都不具有伸缩性或韧性，限制了它们在瞬态可穿戴电子产品中的应用。在此，本研究通过将聚（癸二酸甘油酯）:聚（乙烯醇）（PGS:PVA）的可生物降解复合纳米纤维嵌入WPU基质中，使其性能可调，展示了一种具有可拉伸性、韧性和部分生物降解性的可生物降解纳米纤维（NF）增强水性聚氨酯（NFR-WPU），以应对上述挑战。含最佳NFs负载量的NFR-WPU的韧性提高了19倍，同时杨氏模量保持在3.3MPa。此外，NFR-WPU基材具有非常高的断裂韧性，并显示出优异的生物相容性。NFR-WPU的崩解速率比原始WPU高出9倍。最后，在NFR-WPU上制造了可分解且可拉伸的摩擦电和电容式触摸传感器，并证明了其在瞬态可穿戴电子设备中的应用潜力。

图1.可生物降解且可拉伸的NFR-WPU基质的示意图和特性。a）可生物降解、坚韧、可拉伸的皮肤保形NFs增强水性聚氨酯（NFR-WPU）基材示意图。b）根据FTIR光谱确认PGS:PVA复合材料的结构。c）PGS:PVA复合材料的随机取向NFs的俯视FE-SEM图像显示了NFs的均匀分布。比例尺：1µm。d）照片显示了贴合在人体皮肤上的薄基质。e）NFR-WPU基材拉伸至≈72%前后的照片。比例尺：1cm。f）可生物降解且可拉伸基质的光学透射率。插图显示了一张可生物降解且可拉伸基质的照片，它足够透明，可以看到基质后面的图像。

图2.在不同PGS:PVA复合NFs负载量下，可生物降解NFR-WPU基材的机械性能。a）与原始WPU和PVA NFR-WPU相比，使用0.2、0.4和0.6mL的NF溶液时，PGS:PVA NFR-WPU基材的应力-应变曲线。b）样品的强度（MPa）、c）杨氏模量（MPa）、d）断裂应变（%）和e）韧性（J/m3）对比图。f）雷达图说明了原始WPU和NFR-WPU基底的结构-性质关系。g）缺口样品和原始样品的应力-应变曲线。h）通过在1200秒的时间内用30克的重量（其自身重量的1200倍）悬挂来评估0.4mL ESV的PGS:PVA NFR-WPU样品负载基质的恢复率。

图3.NFR-WPU基质的降解行为和生物相容性。a）与对照样品（玻璃）相比，NFR-WPU基质的活/死测定。b）细胞接种48小时后，使用MTT法对NFR-WPU基底和对照样品进行细胞活力测试。c）通过将NFR-WPU基质附着在人体皮肤上24小时进行皮肤刺激试验。d）原始WPU和基质（NFR-WPU）在第1天之前和第56天之后的照片，将样品保持在37℃的PBS溶液中。e）原始WPU和NFR-WPU降解特性的比较。

图4.演示用于瞬态可穿戴电子器件的可生物降解基底。a）PEDOT:PSS/WPU涂层可生物降解基质在25%应变下进行循环拉伸试验（直至50000次拉伸循环）的电稳定性。b）在25%外加应变下进行不同拉伸循环时，NFR-WPU基板上的可拉伸PEDOT:PSS/WPU电极的电阻变化（ΔR/R0）。c）电极在25%应变下进行150次拉伸循环的动态稳定性。d）具有摩擦电效应的透明、可拉伸和可分解的应变传感器示意图。e）在轻敲下测定具有摩擦电效应的可穿戴传感器的开路输出电压（Voc）。f）在肘部弯曲和放松的情况下测量连接到肘部的具有摩擦电效应的可穿戴传感器的开路输出电压（Voc）。g）透明、可拉伸且可分解的电容式力/触摸传感器的示意图。h）在软触摸和硬触摸下，连接到人体手腕上的可穿戴电容式触摸/力传感器的电流-时间（I-t）响应。i）可穿戴电容式触摸/力传感器在定量轻度（10g）和重度负载（30g）下的i-t响应。j）37℃下，电极（PEDOT:PSS/WPU）在PBS溶液中的分解。