Structuring and Shaping of Mechanically Robust and Functional Hydrogels toward Wearable and Implantable Applications

材料科学 自愈水凝胶 可穿戴计算机 软机器人 可穿戴技术 纳米技术 软质材料 3D打印 生物电子学 计算机科学 执行机构 人工智能 复合材料 生物传感器 高分子化学 嵌入式系统
作者
Xiao‐Qiao Wang,An‐Quan Xie,Pengle Cao,Jian Yang,Wei Li Ong,Ke‐Qin Zhang,Ghim Wei Ho
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (23) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adma.202309952
摘要

Abstract Hydrogels possess unique features such as softness, wetness, responsiveness, and biocompatibility, making them highly suitable for biointegrated applications that have close interactions with living organisms. However, conventional man‐made hydrogels are usually soft and brittle, making them inferior to the mechanically robust biological hydrogels. To ensure reliable and durable operation of biointegrated wearable and implantable devices, mechanical matching and shape adaptivity of hydrogels to tissues and organs are essential. Recent advances in polymer science and processing technologies have enabled mechanical engineering and shaping of hydrogels for various biointegrated applications. In this review, polymer network structuring strategies at micro/nanoscales for toughening hydrogels are summarized, and representative mechanical functionalities that exist in biological materials but are not easily achieved in synthetic hydrogels are further discussed. Three categories of processing technologies, namely, 3D printing, spinning, and coating for fabrication of tough hydrogel constructs with complex shapes are reviewed, and the corresponding hydrogel toughening strategies are also highlighted. These developments enable adaptive fabrication of mechanically robust and functional hydrogel devices, and promote application of hydrogels in the fields of biomedical engineering, bioelectronics, and soft robotics.
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