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  盡管近年來對于生物電子的研究已經(jīng)很深入，并且也取得了重大進(jìn)展，但是能夠在不使用外部輔助工具的情況下粘附于人體組織并實現(xiàn)更好的信號檢測的自粘附生物電子仍然是一個挑戰(zhàn)。迄今為止，僅有少數(shù)對自粘附生物電子的報道，并且很大程度上都限于在皮膚上對信號收集，而尚未報道其他應(yīng)用，例如觸覺傳感器和植入的神經(jīng)接口電極。由于復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和一些列嚴(yán)格的要求，包括生物相容性，生物穩(wěn)定性，和在體液環(huán)境中的濕粘附能力，因此，將自粘附性引入當(dāng)前可用的生物電子材料中仍然是一項艱巨的任務(wù)。仿貽貝策略為自粘附生物電極提供了新的思路，從皮膚粘附貼片到可植入集成生物電子。

  西南交通大學(xué)魯雄教授團(tuán)隊長期從事仿貽貝粘附水凝膠的設(shè)計與制備，并取得了一系列的研究成果，創(chuàng)新性的提出基于仿貽貝策略調(diào)控酚醌氧化還原動態(tài)平衡機(jī)理，研發(fā)具有長期反復(fù)粘附性的水凝膠（ACS Nano 2017, 11, 2561；Nat.  Comm., 2019, 10,1487；Adv. Funct. Mater. 2019, 1907678）。借鑒材料基因工程的思想方法，基于量子力學(xué)計算指導(dǎo)，精心設(shè)計反應(yīng)體系，采用高通量制備與表征技術(shù)進(jìn)行進(jìn)行多因素多水平篩選，研發(fā)了一系列多功能生物醫(yī)用新型水凝膠。

  鑒于在自粘附水凝膠領(lǐng)域的創(chuàng)新工作，近日，西南交通大學(xué)魯雄教授團(tuán)隊受邀在Adv. Funct. Mater.期刊撰寫特邀綜述 “Mussel-inspired hydrogels for self-adhesive bioelectronics”（DOI:10.1002/adfm.201909954）。該論文系統(tǒng)性總結(jié)了近年來基于貽貝啟發(fā)的自粘附水凝膠生物電子的最新進(jìn)展，重點闡述了基于該團(tuán)隊提出的通過空間限域和電子轉(zhuǎn)移調(diào)控酚醌氧化還原機(jī)理賦予水凝膠生物電子自粘附性和其他功能，如超強(qiáng)力學(xué)性能、自修復(fù)性、透明性、抗菌性，及耐高溫、抗凍、水下粘附等。最后，論文重點介紹了用于自粘附生物電子的多功能水凝膠的發(fā)展所面臨的一些挑戰(zhàn)和未來的方向。西南交通大學(xué)謝超鳴副教授為本論文的第一作者，西南交通大學(xué)魯雄教授和美國西北大學(xué)丁永會研究助理教授為共同通訊作者。

圖1. 仿貽貝策略提供了可穿戴/植入生物電子從外部輔助固定轉(zhuǎn)變便捷可靠自粘附的新途徑。

圖2. 貽貝粘附機(jī)理以及長期可重復(fù)自粘附水凝膠設(shè)計策略

  論文從五個方面對基于自粘附水凝膠生物電子的性能進(jìn)行了詳細(xì)討論：

  （1）仿貽貝化學(xué)用于研發(fā)具有超強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度的自粘附水凝膠生物電子，突破了傳統(tǒng)強(qiáng)韌水凝膠缺乏表面粘附性和細(xì)胞親和性，不能用于組織修復(fù)再生的難題；

圖3. 具有超強(qiáng)力學(xué)性能的自粘附水凝膠生物電子

  （2）仿貽貝化學(xué)用于研發(fā)具有自修復(fù)能力的仿貽貝自粘附水凝膠生物電子，實現(xiàn)了自粘附水凝膠生物電子的損壞結(jié)構(gòu)性能的自修復(fù)，保證了其長期穩(wěn)定的使用；

圖4.具有自有修復(fù)能力的自粘附水凝膠生物電子

  （3）仿貽貝化學(xué)用于研發(fā)具有透明性的仿貽貝自粘附水凝膠生物電子，解決了納米填充導(dǎo)電水凝膠不透明和離子導(dǎo)電水凝膠生物相容性差，不能用于可視化生物電子應(yīng)用的難題；

圖5.具有透明性的自粘附水凝膠生物電子

  （4）仿貽貝化學(xué)用于研發(fā)具有抗菌性的仿貽貝自粘附水凝膠生物電子，降低了可植入自粘附水凝膠生物電子細(xì)菌感染的風(fēng)險；

圖6. 具有抗菌性的自粘附水凝膠生物電子

  （5）仿貽貝化學(xué)用于研發(fā)用于極端環(huán)境的仿貽貝自粘附水凝膠生物電子，擴(kuò)展了其應(yīng)用環(huán)境，如高溫、極寒和水下環(huán)境，以及人體表面汗液潤濕環(huán)境及人體植入體液侵蝕環(huán)境。

圖7. 用于極端環(huán)境的自粘附水凝膠生物電子

圖8. 用于濕潤環(huán)境下的自粘附水凝膠

  文章最后重點介紹了用于自粘附生物電子的多功能水凝膠的發(fā)展所面臨的一些挑戰(zhàn)和未來的方向：

• 1）研發(fā)整合多功能的自粘附水凝膠生物電子；

• 2）結(jié)合體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境，研發(fā)穩(wěn)定的可植入的自粘附水凝膠生物電子；

• 3）研發(fā)用于各種極端環(huán)境的自粘附水凝膠人體表面生物電子；

• 4）擴(kuò)展貽貝粘附機(jī)理在自粘附生物電子設(shè)計上的應(yīng)用。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201909954