能贴皮肤、能进体内，还能自己“消失”：生物可吸收电子走到哪一步了？

戴智能手表睡觉，有人觉得硌手不舒服；运动出汗后，手腕又闷得难受……

如果智能手表能像一张薄纸，顺着皮肤自然弯曲；或者临时植入体内的医疗电子器件，在完成任务后能自行降解，并被人体安全吸收或排出，从而免去二次取出手术——这听起来是不是很诱人？

这正是生物可吸收电子学研究的重要动机。从笨重设备到轻薄贴片，再到任务结束后能够降解的器件，并不是同一项技术一步到位的变化。柔性主要改善器件与皮肤或组织的机械匹配；可降解主要针对废弃后或体内留存问题；生物可吸收则进一步要求降解产物能被人体安全代谢或排出。把这几个词拆开，才能看清它们可能怎样改变我们的生活。

一、硅与金属：电子材料如何实现“可退场”？

提到可降解，人们容易想到植物纤维或某些塑料，很难联想到电路里的硅和金属。关键在于它们的化学形式、尺寸、总量及所处环境。某种块状材料平时显得十分稳定，不代表把它制成极薄的膜以后，在体液条件下也永远不会变化。

2012年，研究人员在《科学》上报道了一类具有物理瞬态特性的硅电子系统。他们利用硅纳米薄膜、镁等材料组成器件，并配合可以发生变化的支撑与封装层，使系统在一定条件下逐步解体^[2]。在相应体系中，硅可缓慢转化为可溶性的含硅产物，镁也可通过反应进入离子等形式。研究的重点不是让所有电子零件一泡就没，而是选择彼此配合的材料，构成仍能正常工作的系统。

一件器件并非只有导线。它还需要传感元件、绝缘层、支撑底膜，可能还包括电源、天线和黏附层。只把底膜换成可降解聚合物，却仍留下难处理的电路和电池，不能称为整个器件完全可吸收。这就像更换礼盒的纸包装，并不会自动改变盒内每一件物品的性质；判断能否被吸收，必须覆盖整个系统。

供电尤其能体现这种整体设计。已有研究制造了以镁和铁为电极、以可降解聚合物封装的微型电池，为短期植入器件探索电源方案^[3]。它与普通消费电子电池不是一回事。至于“柔性电池”，不能单凭外形柔软，就推断它可吸收或可直接接触体液。

另一条路线是不在体内放传统电池，而由外部装置通过无线方式输送能量。这样可以减少植入部分的负担，但外部供电、读数和控制设备仍然存在。

二、可贴合体表≠可体内吸收：分清柔性与生物可吸收的本质差异

柔性电子首先改变的是机械形态。传统电路板硬而平，皮肤和器官却柔软、弯曲，还会不断运动。把功能层做薄、把连接线路设计成可以展开的弯曲形状，就有机会让器件更服帖。它有些像一张薄纸与一块厚纸板的区别：材料不一定完全换了，但厚度和结构改变以后，弯折时的表现却可以明显不同。

2011年发表于《科学》的“表皮电子”研究，将薄而柔顺的电子系统与皮肤结合，展示了记录生理电信号等能力^[1]。这类工作为健康监测贴片、电子皮肤等方向提供了重要基础。但这篇研究说明的是器件能够顺应人体表面，并不是证明所有组成部分都能被人体吸收。柔软是一种力学性质，可降解则涉及化学变化，两者不是一回事。而生物可吸收电子则进一步要求，器件在完成任务后能够在体内发生适当的分解，相关产物以可接受的方式被处理和清除。

三、可控降解：难点不在于消失，而在于 “按时消失”

普通传感器的核心目标，是尽可能长期稳定工作。而可吸收传感器则需要兼顾两段看似矛盾的生命周期：前期要可靠运行，保证测量数据不出现偏移、线路不会提前断裂；待完成监测任务后，再逐步降解，避免无用材料长期留存体内（环境中）。如果器件在监测最关键的阶段就失效，哪怕它最终能够完全降解，这款传感器也不算成功。

封装层因此像一道可以设计的屏障，即工作期间控制液体进入，之后允许水分逐步接触内部材料。改变封装成分、厚度和结构，可以影响这一过程^[2]。但它并不是人人体内都走得一样准的倒计时。局部液体环境、组织反应、器件受力和制造差异，都可能影响实际寿命。因此，试验里几天后失效与所有使用条件下都能可靠工作几天不是同一概念。

有时，电路刚被切断就已经不能读数，但还有材料留在原处；有时外形变得看不清，分解产物仍需继续处理。研究者要分别确认有效工作多久、物理结构何时消失，以及相关产物最后去了哪里。只展示一段器件在液体中逐渐透明的视频，无法替代完整的性能和安全评估。

可分解也不自动等于无害处。即使某种元素本来就存在于人体，额外进入的总量、释放速度和局部浓度仍然重要。器件设计需要关注周围组织是否受到刺激、降解过程是否带来不利变化，以及产物能否被及时清除。安全结论应当对应某一种具体器件、植入位置和试验条件，而不是泛指整个材料家族。

四、进展与瓶颈：生物可吸收电子走到哪一步？

一个具有代表性的场景，是术后一段时间内的生理监测。2016年发表于《自然》的研究开发了可吸收硅传感器，用于测量脑内压力和温度，并进行了动物实验^[4]。这类器件的意义在于，临时监测任务完成后，有望减少为了取出传感器而进行额外操作的需要。需要注意，论文中的无线通信配套部分并非全部可吸收，不能把局部器件的特点扩大到整个监测系统。

临时心脏起搏是另一条受到关注的路线。2021年的研究展示了不依赖导线和植入电池的可吸收起搏器，通过无线能量传输工作，并在多种心脏模型中进行了验证^[5]。2025年，一项研究进一步报道毫米尺度的可吸收光电系统，探索无线光控制及临时起搏等用途^[6]。器件变小的价值，是减少植入负担并拓展放置方式，而不是单纯追求一粒零件有多小。

这些结果中既有动物实验，也有人体离体心脏组织或器官模型的研究。在人类心脏模型中验证不等于已经在患者体内常规使用，更不能直接改写成临床全面替代传统起搏器。从原型走到医疗应用，还需要面对长期可靠性、个体差异、生产一致性以及相应的临床评价要求。论文中的可行性，是起点而不是全部答案。

回到皮肤表面，健康监测贴片和电子皮肤已经展示了轻薄、服帖的技术方向，但它们并不都追求植入或被人体吸收。对于只需贴在体表使用的产品，使用后取下、分离可重复使用的读数模块，再按材料性质处理消耗部分，可能比让整套装置进入人体更合理。技术的终点，应当由实际需求决定。

参考文献

[1] Kim D H, Lu N, Ma R, et al. Epidermal electronics[J]. Science, 2011, 333(6044): 838-843. DOI: 10.1126/science.1206157.

[2] Hwang S W, Tao H, Kim D H, et al. A physically transient form of silicon electronics[J]. Science, 2012, 337(6102): 1640-1644. DOI: 10.1126/science.1226325.

[3] Tsang M, Armutlulu A, Martinez A W, et al. Biodegradable magnesium/iron batteries with polycaprolactone encapsulation: A microfabricated power source for transient implantable devices[J]. Microsystems & Nanoengineering, 2015, 1: 15024. DOI: 10.1038/micronano.2015.24.

[4] Kang S K, Murphy R K J, Hwang S W, et al. Bioresorbable silicon electronic sensors for the brain[J]. Nature, 2016, 530(7588): 71-76. DOI: 10.1038/nature16492.

[5] Choi Y S, Yin R T, Pfenniger A, et al. Fully implantable and bioresorbable cardiac pacemakers without leads or batteries[J]. Nature Biotechnology, 2021, 39(10): 1228-1238. DOI: 10.1038/s41587-021-00948-x.

[6] Zhang Y, Rytkin E, Zeng L, et al. Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy[J]. Nature, 2025, 640(8057): 77-86. DOI: 10.1038/s41586-025-08726-4.

作者：周法戎，中国科学院过程工程研究所，博士研究生

审核老师：张凤娇，中国科学院大学，化学科学学院，教授，博士生导师