2026年7月31日，西湖大學工學院周南嘉團隊與生命科學學院陶亮團隊合作在國際頂級期刊Nature Materials（IF=38，Nature旗艦材料大子刊，錄用率約7%-9%）發表研究論文。
該研究通過膠束自組裝方法開發出一套兼具抗溶脹、超高拉伸、高導電和優異生物相容性的水凝膠材料體系，并利用嵌入式3D打印技術制造了腦機接口、無線供能光電器件和坐骨神經刺激器等多種植入式水凝膠生物電子器件，在大鼠體內實現了長期穩定運行。上海凈信JXFSTPRP-CLN冷凍研磨儀在該研究的核心制樣環節中提供了關鍵支撐。
上海凈信JXFSTPRP-CLN冷凍研磨儀助力樣品制樣
1. 研究背景與挑戰
水凝膠材料因高度含水、柔軟如組織、生物相容性優異，被視為植入式生物電子器件的理想材料。但傳統水凝膠有一大致命短板——遇水就“發胖”。植入體內后，強烈的溶脹效應會導致封裝層變軟變形，導電網絡斷裂失效，器件往往在數小時至數天內喪失功能。此前報道的導電水凝膠在溶脹后濕態電導率普遍低于1000 S cm?1，拉伸性也不足300%，性能遠不及彈性體基材料。
2. 硬核技術突破
針對這一瓶頸，西湖大學團隊開發了一種膠束自組裝策略，在不使用有機溶劑和表面活性劑的條件下，讓親水和疏水單體自發組裝，原位聚合形成具有納米相分離結構的抗溶脹水凝膠。該材料在水中幾乎不膨脹，溶脹因子低至-9.8%，比常規水凝膠降低近40倍，同時拉伸性高達2300–3500%，楊氏模量僅26–52 kPa，既強韌又柔軟。
更難能可貴的是導電性。團隊設計了一種“雙相”導電水凝膠墨水——將銀片與抗溶脹微凝膠混合，通過嵌入式3D打印構建導電網絡，配合獨創的兩步固化工藝精準調控非導電組分比例。最終，這種水凝膠在完全溶脹后仍能保持超過4000 S cm?1的電導率，相比現有報道提升了一個數量級以上，且拉伸不失效。
基于這套材料體系，團隊一口氣造出了三種原型器件：全水凝膠腦機接口、無線供能光電器件、坐骨神經刺激器。大鼠體內驗證顯示：腦機接口植入5周，信號依舊清晰；無線光電器件泡在水中超過一個月，工作如常；神經刺激器植入7天后，僅需不到600 mV的電壓就能穩穩誘發后肢運動，且僅引起約45 μm的輕微纖維化，與假手術組幾乎沒有差別——這在高分子植入物中極為罕見。
3. 凈信冷凍研磨儀：微凝膠制備的關鍵支撐
在該研究的核心環節——可打印抗溶脹水凝膠支撐基質和雙相導電墨水的制備中，研究團隊需要將整塊PMEA-PHEA抗溶脹水凝膠粉碎為微米級顆粒，再重新溶脹于單體溶液中，形成具有屈服應力流體特性的3D打印支撐材料。然而，水凝膠作為一種高彈性軟物質，常規室溫研磨根本無法獲得均勻微粒——材料要么被壓扁粘連，要么粒徑分布極寬，導致后續溶脹行為不一致、打印噴嘴頻繁堵塞、器件電性能批次差異巨大。可以說，研磨粒徑控制問題不解決，整個3D打印水凝膠電子器件的制造工藝就卡在了起跑線上，后續的導電網絡構建和器件集成無法推進。
冷凍研磨儀在Pulverization環節發揮關鍵作用
凈信JXFSTPRP-CLN冷凍研磨儀的性能特點
1. 超低溫預冷：樣品與研磨罐經液氮冷卻≥10 min，確保水凝膠完全脆化，避免韌性撕裂；
2. 高頻精準研磨：程序化研磨，可獲得粒徑均一的微米級水凝膠顆粒，凈信其他型號設備還可實現納米級粉碎，為不同研究需求提供靈活選擇。設備為水凝膠樣品的超細粉碎提供了可靠解決方案，研磨粒徑可達微米至納米級別；
3. 批次可重復：標準化參數保障相同配比下微凝膠的溶脹行為和流變性能一致；
4. 全流程適配：經過三次冷凍球磨+溶脹循環后，微凝膠形成均一的支撐基質和導電墨水前驅體。
冷凍研磨設備不僅在本研究中發揮了關鍵作用，也廣泛適用于水凝膠、高分子材料、生物組織、細菌、酵母等樣品的低溫粉碎與細胞破壁，已助力數十個科研團隊在Nature、Science、Advanced Materials等頂刊完成高質量樣品前處理。
關于凈信
上海凈信實業發展有限公司是一家國家高新技術企業，專注于生命科學儀器、樣品前處理設備及實驗室自動化解決方案的研發、生產和銷售。公司以“高端科學儀器國產化”為使命，旗下Tissuelyser系列組織研磨儀、冷凍研磨儀、高通量組織破碎儀等產品已覆蓋全國各大高校、研究所、醫院、疾控、海關及環境監測機構，積累數萬個成功應用案例。凈信致力于以高品質國產設備賦能前沿科學研究，讓樣品制備更簡單，讓科研創新更高效。
▍參考文獻：Yao, Y., Luo, J., Hui, Y., Lyu, J., Ke, Y., Shen, W., Xu, Y., Yu, Y., Chen, H., Chen, J., Chen, G., Sawan, M., Tao, L. & Zhou, N. 3D-printed implantable bioelectronics enabled by anti-swelling and biphasic conductive hydrogels. Nat. Mater. https://doi.org/10.1038/s41563-026-02691-7 (2026).
