华盛顿大学麦凯尔维工程学院研究团队正致力于开发新型生物电子水凝胶，未来有望以更高柔韧性替代现有可穿戴或植入式设备。目前用于监测心率等生物活动的设备通常由金属、硅胶、塑料和玻璃制成，且需通过外科手术植入。

生物医学工程助理教授亚历山德拉·鲁茨与其实验室五年级博士生安娜·戈斯滕科斯共同研发出创新型颗粒水凝胶。这种由微颗粒构成的材料可通过注射进入人体，覆盖在组织表面，或用于封装细胞组织，同时具备监测与刺激生物活性的功能。该项研究成果已发表于纳米科学期刊《Small》。

这些微颗粒是由导电高分子PEDOT:PSS制成的球形水凝胶。当紧密堆积时，其特性类似湿沙或膏体：既能以带有微孔结构的固体形态存在，也可进行3D打印或塑造成不同形状并保持结构稳定，在液体环境中又能重新分散为独立微颗粒。

"颗粒水凝胶在这些领域的应用尚未被广泛研究，但我们发现这种材料具备通过针头在特定部位注射的潜力，"鲁茨解释道，"我们正尝试借鉴组织工程技术，使这些电子导电材料既能模拟人体特性，又能充分发挥其功能以实现更精密的监测。"

当颗粒紧密堆积时，颗粒间的空隙会形成微米级或细胞级的孔隙结构。"由于颗粒间的连接并非永久固定，它们可以相对移动。施加特定外力时，材料会像液体般流动，从而实现注射或挤出成型，"戈斯滕科斯补充道，"而撤去外力后，它们会恢复连接再度变成膏状固体，这是一种适应性极强的材料。"

戈斯滕科斯指出，单个颗粒可通过3D打印喷嘴挤出形成线状结构。她采用水油乳化法制备这些颗粒，其原理类似制作油醋沙拉酱：将聚合物加入加热的油相中，搅拌后聚合物在油中分解为微滴，升高温度使聚合物交联形成稳定水凝胶。

在巴拉尼·拉曼教授（麦凯尔维工程学院教授、华盛顿大学赛博格与生物机器人研究中心联席主任）实验室中，研究团队以蝗虫为模型开展实验。戈斯滕科斯将少量颗粒簇附着于蝗虫触角末端的嗅觉受体神经元处，成功通过颗粒材料监测到与气味感知对应的局部场电位。

"随着技术进一步发展，我们设想这些导电颗粒水凝胶可作为3D打印定制电极，既能贴合复杂拓扑表面，又能完全包裹生物组分，还可应用于组织工程支架或可注射疗法，"鲁茨展望道。

鲁茨与戈斯滕科斯已就导电高分子微粒与导电颗粒水凝胶的制备及应用提交美国专利申请，目前正与华盛顿大学技术管理办公室合作推进知识产权保护与商业化进程。