聚二氧环己酮（PDO）作为全吸收植入式传感器基材的探索与应用研究

这篇综述创新性地探索了医用缝合材料聚二氧环己酮（PDO）作为生物可吸收电子器件基材的潜力。研究通过开发可丝网印刷的锌基墨水（Zn）和低温工艺，在PDO上集成了温度传感器、电解环境电导传感器、有机电化学晶体管（OECT）及无线通信天线，其功能寿命可达28天（d），为术后短期监测提供了免取出手术的解决方案。

　　

摘要

聚二氧环己酮（Polydioxanone, PDO）作为一种临床长期使用的可吸收缝合材料，因其优异的生物相容性和可控降解特性（6个月完全吸收），被探索作为全吸收植入式传感器的基材。研究通过定制化丝网印刷锌墨水（87%负载量）和低温层压固化工艺（90°C），在表面粗糙度达33 nm（S_q）的PDO薄膜上实现了功能集成，包括电阻式温度传感器（TCR=0.0050 K^?1）、电解液阻抗传感器（斜率-0.813±0.010）、有机电化学晶体管（OECT，开关比12）以及408 MHz谐振频率的无线天线。

1 引言

植入式电子器件在术后监测中需解决二次手术取出的临床痛点。PDO作为已通过医疗认证的材料（保留58%强度4周），可缩短设备审批流程。相比聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等材料，PDO的熔点为94°C，需开发兼容低温加工的导电材料。

2 基材与工艺

2.1 基材特性

PDO薄膜（380×210 mm）呈现半结晶结构（XRD峰值21.8°和23.5°），红外透光率高（>80%），适合光电应用。其低氧透过率（2.37 cm³m^?2/24h）可延缓金属氧化。

2.2 锌墨水开发

以聚己内酯（PCL）为粘结剂、松香为增粘剂的锌墨水（粒径4-7 μm）通过"层压固化"工艺（醋酸处理+90°C热压）实现导电性1.4×10⁵ S·m^?1，弯曲测试1000次后电阻仅翻倍。

2.3 银/PEDOT:PSS集成

为避免PSS酸腐蚀锌层，开发了部分可吸收银墨水（80%负载量，3.8×10⁴ S·m^?1），配合PEDOT:PSS修饰电极使阻抗检测灵敏度提升10倍。

2.4 机械保护层

PDO封装层使锌电极在模拟体液（MEM）中的寿命从6.2小时延长至77小时，银电极更达24天。

3 结果与讨论

3.1 生理环境性能

封装锌电阻在MEM中呈现三阶段失效：缓慢氧化（1.5×10⁵ s）、加速降解、最终断裂。银/PEDOT电极对NaCl的检测限达1 mM。

3.3 扩展功能

• OECT：沟道长度500 μm的器件阈值电压0.83 V，跨导0.9 S·m^?1

• 温度传感：多孔锌网络的热膨胀效应导致TCR高于纯锌3.85×10^?3 K^?1

• 无线通信：双面印刷电容（ε≈6.5）与7匝线圈产生408 MHz谐振（Q=11.3）

4 结论

PDO基传感器 toolkit 为可吸收医疗电子提供了可扩展平台，未来可通过功能化OECT实现生物标志物检测，其无线集成能力将彻底规避感染风险。