瞬態(tài)電子技術(shù)的Zui新進(jìn)展使得完全由生物可吸收材料制成的化學(xué)傳感器成為可能。這類植入物在完成監(jiān)測任務(wù)后，會在體內(nèi)安全降解為無害副產(chǎn)物并被清除。目前，鎂、鋅、鐵、鉬和鎢是構(gòu)建此類器件的核心金屬材料。其中，鉬和鎢因其優(yōu)異的耐腐蝕性和緩慢的生物溶解速率，在活性傳感領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但其在復(fù)雜體液環(huán)境中的長期電化學(xué)穩(wěn)定性仍是制約其臨床轉(zhuǎn)化的瓶頸。

表面氧化層工程突破穩(wěn)定性瓶頸

傳統(tǒng)生物可吸收金屬合金研究多集中于鎂、鋅和鐵基被動系統(tǒng)，而針對鉬鎢合金作為活性傳感材料的探索尚屬空白。本研究提出了一種通過控制合金化及氧化物涂層工程來延長電極壽命的新策略。研究發(fā)現(xiàn)，合金獨特的穩(wěn)定性源于其形成穩(wěn)定鈍化膜的能力，這種膜能有效抑制電偶腐蝕。通過在納米級厚度上構(gòu)建結(jié)晶態(tài)氧化鎢（WOx）涂層，顯著增強了基于鉬鎢薄膜電極的電化學(xué)穩(wěn)定性，使其在模擬體液條件下能夠可靠地監(jiān)測氧氣和pH值長達(dá)10天。

在生理環(huán)境中，金屬直接暴露于體液中會引發(fā)動態(tài)表面化學(xué)變化，主要歸因于混合成分原生氧化層的形成與溶解。過快的溶解速率會導(dǎo)致器件過早失效，而理想的生物可吸收電極必須在 biodissolution（生物溶解）行為上取得平衡。鉬和鎢的標(biāo)準(zhǔn)電極電位表明其在標(biāo)準(zhǔn)條件下具有較高的耐腐蝕性，且其溶解速率遠(yuǎn)低于鎂和鋅。通過合金化減少內(nèi)部電偶耦合，并利用某些金屬元素形成保護(hù)性氧化膜來抑制局部電偶活性，是提升材料性能的有效途徑。

原位生成結(jié)晶氧化層機制解析

為了驗證表面氧化層的形成機制，研究團隊對鉬鎢電極在熱退火前后的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)表征。通過掠入射X射線衍射（GIXRD）分析發(fā)現(xiàn)，在450°C惰性氣氛下退火后，電極表面出現(xiàn)了對應(yīng)于三氧化鎢（WO3）晶面的特征衍射峰。與此同時，X射線光電子能譜（XPS）深度剖析證實，鉬鎢合金表層的納米級鎢層在退火過程中被原位氧化為結(jié)晶態(tài)WO3，而下方的多層結(jié)構(gòu)保持完整。這一過程不僅形成了致密的表面氧化物層，還通過原子重排增強了界面的結(jié)合力。

熱退火工藝對電極的熱力學(xué)穩(wěn)定性具有決定性影響。對比測試顯示，經(jīng)過熱退火的鉬鎢氧（Mo-W-O）電極在模擬體液中的開路電位顯著正移，表明其耐腐蝕性大幅提升。在未退火的樣品中，隨著浸泡時間延長，循環(huán)伏安曲線迅速失穩(wěn)，顯示出頂層鎢層的快速溶解；而退火后的電極則在長達(dá)240小時的監(jiān)測中保持了穩(wěn)定的電容特性，僅在360小時后因鈍化層破裂才出現(xiàn)電流密度激增。這一結(jié)果有力證明了原位生成的納米氧化層在防止金屬離子失控釋放方面的關(guān)鍵作用。

長效傳感性能驗證與臨床前景

在模擬人體缺氧環(huán)境（氧濃度約6%）的長期浸泡實驗中，Mo-W-O電極展現(xiàn)了卓越的性能穩(wěn)定性。其氧氣傳感靈敏度達(dá)到-9.0 ± 0.2 μA/%O2，pH值傳感靈敏度為-33.0 ± 0.2 mV/pH，線性相關(guān)系數(shù)極高。相比之下，未涂層或僅含非晶氧化層的電極表現(xiàn)出極大的電容波動和快速降解。這種通過表面工程實現(xiàn)的穩(wěn)定性提升，使得基于鉬鎢的傳感器能夠覆蓋術(shù)后監(jiān)護(hù)、組織缺氧監(jiān)測等關(guān)鍵時間窗口，同時確保在任務(wù)完成后完全降解。

這一突破為生物可吸收瞬態(tài)植入物的臨床適用性邁出了重要一步。對于中國醫(yī)療器械企業(yè)而言，掌握生物可吸收金屬的表面改性技術(shù)，特別是通過低成本的熱處理工藝實現(xiàn)高性能鈍化層的可控生長，是搶占下一代智能醫(yī)療傳感器市場先機的關(guān)鍵。國內(nèi)企業(yè)在精密薄膜沉積和材料表征方面已具備堅實基礎(chǔ)，若能結(jié)合本土在柔性電子領(lǐng)域的制造優(yōu)勢，有望在瞬態(tài)電子這一新興賽道實現(xiàn)從跟隨到引領(lǐng)的跨越，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高可靠性生物可吸收監(jiān)測設(shè)備。