生物电子学作为连接电子器件与生命系统的重要桥梁，正在推动脑机接口、可穿戴医疗与智能健康诊疗等前沿领域的发展。材料是生物电子技术进步的核心基础，其中共轭聚合物因兼具优异的电子传导性能、柔性机械特性以及可调控的分子结构，成为构建下一代生物电子器件的关键功能材料。

  在此背景下，2026年2月24日，北京大学雷霆-张志团队在《Advanced Functional Materials》撰写题为Biocompatible Conjugated Polymers for Bioelectronics的观点文章，系统介绍了共轭聚合物在生物电子领域中的最新进展，重点围绕其从导电材料向半导体功能材料的演进，结合界面工程、免疫相容性设计以及可降解策略，探讨了实现长期稳定植入与临床转化所面临的挑战与机遇。清华大学本科生高素晴为该论文第一作者，北京大学雷霆教授、张志副研究员为共同通讯作者。

图1. 共轭聚合物是下一代生物电子学的功能核心。

  近年来，生物电子学快速发展，对材料的电学、力学等性能提出了更高要求。传统无机材料虽然导电性能优异，但其力学模量远高于软组织，容易引发炎症与纤维包裹反应。此外，无机电子器件以电子为载流子，而生物系统依赖离子传导，界面转导效率受到限制。然而，以共轭聚合物为代表的有机半导体材料具有离子-电子混合导电性、固有的机械柔韧性以及可调的分子设计（图1），有望突破传统无机材料在生物电子领域的诸多限制，开发出具有无缝集成、免疫兼容性和可控降解性的生物界面。因此，开发兼具电子传导能力与生物相容性的有机材料成为关键方向。

  目前发展较充分的导电聚合物如PEDOT:PSS因其高电导率、良好的柔性和溶液加工性，在可穿戴与植入式电极中得到广泛应用，可降低界面阻抗，提升信号质量。基于此类材料构建的电极可实现长时间电生理信号监测。然而，无源电极无法进行原位信号放大，信噪比受限，并存在分辨率与阻抗之间的权衡。当共轭聚合物在可控掺杂状态下工作时，可作为半导体材料应用于晶体管，例如有机场效应晶体管（OFET）和有机电化学晶体管（OECT）等（图2a）。相比于电极，晶体管作为有源器件，能够实现原位信号放大和差分等处理，为高集成度生物电子系统奠定基础。目前已经发展出一系列的高性能共轭聚合物作为有机半导体材料（图2b），其中p型材料发展较为成熟，而n型与双极性材料仍面临水氧稳定性挑战。

图2 作为半导体的共轭聚合物及其在晶体管中的应用。a) OFET和OECT器件结构示意图。b) p型、n型及双极性共轭聚合物半导体的代表性分子结构。

  生物电子系统的性能受到器件–组织界面特性的重要影响。具有生物相容性的界面能够实现高效的双向信号传输并保持组织完整性，而兼容性差则可能导致不良影响。界面工程旨在通过匹配设备与组织之间的关键机械特性——如杨氏模量、可拉伸性和弯曲刚度——并辅以稳固的生物粘附性，建立稳定且微创的生物界面，从而确保界面紧密贴合和固定接触。通过构建水凝胶网络，可显著降低材料模量，实现与软组织的力学匹配。同时，引入氢键或拓扑链缠结等策略可增强湿环境下的组织粘附性，维持长期电学稳定（图3）。

图3 基于导电聚合物复合材料的生物界面。a) 通过改性PEDOT:PSS调节机械性能。b) 可溶于水的导电聚合物通过对离子静电交联直接形成水凝胶结构。c) 不溶于水的导电聚合物通过溶剂交换形成水凝胶结构。d) 通过双面胶带（DST）实现水凝胶的组织粘附。e) 通过pH调控的拓扑链缠结介导粘附。

  在体内环境中，共轭聚合物还需面对复杂的免疫与生化挑战。多数导电聚合物表现出较低细胞毒性，并具有一定抗氧化与抗菌潜力；通过与天然生物材料复合，可进一步改善细胞相容性与组织整合。然而，长期植入仍可能触发外源异物反应，形成纤维包囊并削弱器件性能。除界面软化策略外，近年来的研究开始通过主链与侧链化学修饰直接赋予聚合物免疫调控功能，实现对巨噬细胞活化与炎症信号的抑制。与此同时，为平衡长期运行稳定性与环境可持续性，研究者探索在主链中引入可水解或可逆共轭单元，实现可控降解。如何在维持电学性能的同时实现免疫相容与可降解性的协同优化，已成为共轭聚合物生物电子学领域的关键科学问题。

  共轭聚合物（CPs）兼具可调电子结构与柔性，能够实现离子–电子协同传输与界面力学匹配，已广泛应用于电极、OFET与OECT等生物电子系统，并可通过与水凝胶及生物基材料复合构建柔性、粘附与抗炎界面。然而，其发展仍面临多重挑战：n型与双极性材料在生理环境下稳定性不足，植入器件集成度与信号处理能力有限，CP本征生物相容性研究仍不充分，且完全可降解体系稀缺。未来需在电学性能与生物相容性之间实现平衡，通过分子结构设计提升掺杂稳定性、抗酶解与抗氧化能力，并引入生物活性或可动态断裂单元实现免疫调控与可控降解。同时结合柔性基底与先进制造技术，提高器件集成度与长期体内评估水平，推动CP生物电子材料由“被动相容”向“主动适应”转变，服务于可植入与闭环治疗系统的发展。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202528239