综述：天然聚合物在生物电子学中的应用进展

这篇综述系统探讨了天然聚合物（如纤维素、壳聚糖、透明质酸等）与生物电子系统的融合创新，重点分析了其生物相容性、可降解性及导电改性策略（如碳纳米管CNTs、MXenes、导电聚合物PEDOT:PSS的应用），并展望了自供电系统、瞬态电子器件等前沿方向，为可持续医疗电子发展提供了重要参考。

　　

天然聚合物在生物电子学中的革命性应用

摘要

近年来，天然聚合物因其独特的生物相容性、可降解性和结构可调性，成为替代传统电子材料（如金属和合成聚合物）的理想选择。纤维素、壳聚糖、丝素蛋白等生物大分子通过与导电填料（碳纳米管CNTs、石墨烯、聚苯胺）复合，可构建柔性传感器、植入式神经接口及可降解超级电容器，推动医疗电子向环境友好型转型。

引言

刚性电子材料与生物组织的机械性能失配问题，催生了天然聚合物在生物电子领域的应用。这类材料不仅能减少电子废弃物，还可通过自吸收特性避免二次手术。例如，超薄壳聚糖基电极能紧密贴合心脏表面，实现长期稳定的电信号监测。

天然聚合物的分类与特性

• 多糖类：纤维素具有高结晶度和可功能化羟基；透明质酸（HA）的保湿性适合皮肤电极。

• 蛋白类：丝素蛋白（SF）的β-折叠结构赋予其优异力学性能；胶原的三螺旋结构促进细胞粘附。

• 芳香族聚合物：木质素（Lignin）的酚羟基使其成为抗氧化导电膜的候选材料。

导电改性策略

通过原位聚合将聚吡咯（PPy）沉积到海藻酸盐多孔支架上，可将电导率提升至10^-2 S/cm。MXenes（如Ti₃C₂T_x）的金属级导电性（≈10⁴ S/cm）使其在心肌补片应用中表现突出。

临床转化挑战

尽管小鼠皮下植入实验显示壳聚糖-金纳米线复合材料炎症反应轻微，但大规模生产时的批次差异仍是瓶颈。此外，自修复水凝胶在循环拉伸10⁴次后仍保持80%传感灵敏度，但长期体液环境下的稳定性待验证。

未来趋势

受木材定向结构启发的可折叠电子器件，结合3D打印技术，有望实现血管内可降解血流传感器。基于摩擦纳米发电机（TENGs）的自供电系统，可利用心跳机械能驱动起搏器工作。

结论

天然聚合物生物电子学正从实验室走向临床，其与活体组织的动态交互能力将重新定义医疗设备的生命周期。下一步需聚焦材料标准化、跨学科协同创新及临床转化研究。