材料科学：バイオエレクトロニクス・インターフェースのための水応答性の超収縮性ポリマーフィルム
Nature 624, 7991 doi: 10.1038/s41586-023-06732-y
異なる電子デバイスの接続は、こうしたデバイスが、対になった標準化インターフェースを有し、その形状とサイズが互いに完全に一致しているので、通常は容易である。しかし、組織とエレクトロニクスのインターフェースは、組織が柔軟で形状やサイズが決まっていないため、標準化できない。熱収縮性フィルムは、加熱によって大きくかつ急速に収縮するため、サイズや形状が不規則な物体の形状適応的な包装や被覆に用いられている。しかし、こうした材料は、一般的に組織よりもはるかに硬く、90°Cを超える温度で収縮するため、生体応用には適さない。従って、刺激特性や機械的特性が脆弱組織や電子集積化プロセスに適合し、大きくかつ急速に収縮する刺激応答性フィルムを作製することは困難である。今回我々は、クモの糸に着想を得て、ポリ(エチレンオキシド)とポリ(エチレングリコール)-α-シクロデキストリン包接錯体からなる、水応答性の超収縮性ポリマー膜を設計した。このフィルムは、周囲条件下において、最初は乾燥していて柔軟で安定だが、湿らせると数秒で元の長さの50％未満に収縮し（毎秒約30％）、その後、軟質（約100 kPa）で伸長性（約600％）の薄いヒドロゲルフィルムになる。この超収縮性は、フィルムの配向性微多孔質階層構造に起因し、これによって電子集積化も容易になる。我々は、このフィルムを用いて形状適応型電極アレイを作製した。この電極アレイは、超収縮を通して移植手順を単純化し、in vivoでの神経刺激や電気生理学的信号記録のために湿らせると、さまざまなサイズの神経、筋肉、心臓をコンフォーマルに包み込むことができる。今回の研究は、この水応答性材料が、次世代組織–エレクトロニクス・インターフェースの成形や、形状適応型材料の生物医学的応用の拡大において、重要な役割を果たし得ることを実証している。
