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  柔性生物電子學(xué)在電子皮膚、可穿戴設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。水凝膠的機(jī)械性能與生物組織相似、生物相容性優(yōu)異、理化性能可靈活調(diào)控，在生物電子學(xué)領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。柔性器件與組織界面作用對柔性電子器件的性能有重要影響，組織粘附型電子器件可以與生物組織形成密切、穩(wěn)定的界面作用，形成高度順應(yīng)和仿形的界面，對可植入可穿戴生物電子學(xué)具有非常重要的意義。

  中山大學(xué)付俊教授團(tuán)隊在高性能水凝膠高靈敏、線性傳感器(Chem Mater 2018，30, 8062-8069；J Mater Chem B 2020, 8, 3437-3459；Polymer 2020, 192, 122319；ACS Appl Mater Interfaces 2020, 12, 51969-51977；ACS Appl Mater Interfaces 2020, 12, 52307-52318；J Mater Chem B 2021, 9, 2561-2583)，組織粘附型傳感(ACS Appl Mater Interfaces 2019, 11, 3506-3515；J Mater Chem B 2019, 7, 24-29；ACS Appl Mater Interfaces 2020, 12, 46816-46826)等方面取得了系列創(chuàng)新研究成果，為研制植入式傳感器，實現(xiàn)組織器官運動遠(yuǎn)程實時監(jiān)測提供了新思路（Mater Horiz 2020, 7, 1872-1882）。

  近日，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，聚合物復(fù)合材料與功能材料教育部重點實驗室付俊教授團(tuán)隊應(yīng)邀在Journal of Materials Chemistry B雜志發(fā)表封面綜述文章：Tissue adhesive hydrogel bioelectronics，總結(jié)了近年來組織粘附型水凝膠在生物電子學(xué)器件方面的研究進(jìn)展，重點闡述了粘附型水凝膠的制備、粘附機(jī)理，粘附型導(dǎo)電水凝膠的制備及其在可穿戴傳感器件、電子皮膚、可植入傳感器等領(lǐng)域的代表性應(yīng)用研究進(jìn)展。文章的第一作者是中山大學(xué)2020級博士生李勝男，通訊作者是付俊教授。

圖1 組織粘附型水凝膠生物電子學(xué)的應(yīng)用

  文章首先介紹了組織粘附型水凝膠與生物組織之間的主要粘附機(jī)制。水凝膠含有豐富的官能團(tuán)，可通過共價鍵作用（席夫堿，邁克爾加成）、非共價鍵作用（氫鍵，陽離子-π鍵作用）、界面機(jī)械互鎖等方式與組織相粘結(jié)，形成與組織緊密貼合的界面。同時，文章介紹了導(dǎo)電水凝膠的代表類型，如：電子導(dǎo)電水凝膠，離子導(dǎo)電水凝膠等，闡述了它們的典型的制備方法，分析了基于導(dǎo)電水凝膠的柔性傳感器的代表性進(jìn)展。

圖2 幾種代表性的組織粘附型水凝膠的粘附機(jī)制

  將組織粘附機(jī)制應(yīng)用于導(dǎo)電水凝膠傳感器，可以制備出具有組織粘附型的水凝膠生物電子器件，國內(nèi)外研究團(tuán)隊報道了多種可粘附在皮膚或其它組織器官表面的導(dǎo)電水凝膠傳感器，實現(xiàn)了對人體運動、汗液、脈搏、肌肉等多種信號的實時采集和傳輸。組織粘附型水凝膠電子器件由于其具有自粘附性可以與生物組織形成良好的界面連接，避免由于電子器件與組織之間的界面連接不緊密而引起的界面電阻較大，噪聲較大等問題；同時由于水凝膠材料自身具有高含水量，高生物相容性和與生物組織相似的模量，可以解決傳統(tǒng)的剛性硬質(zhì)電子器件與生物組織之間的模量不匹配。基于以上兩點，粘附型水凝膠電子器件在可植入式電子器件以及組織器官遠(yuǎn)程監(jiān)測方面具有很大應(yīng)用潛力，例如其對于心臟、肺部、神經(jīng)或骨骼肌等組織器官的監(jiān)測及修復(fù)。

圖3 組織粘附型水凝膠在電子皮膚、植入式電子器件以及組織器官遠(yuǎn)程監(jiān)測等方面的應(yīng)用

  文章最后簡要地指出了粘附型水凝膠生物電子學(xué)領(lǐng)域仍有待解決的問題和挑戰(zhàn)，例如，水凝膠容易失水而導(dǎo)致性能不夠穩(wěn)定；水凝膠在濕潤環(huán)境下的粘附能力仍有待提高；在應(yīng)用過程中，要求水凝膠傳感器在較寬的應(yīng)力應(yīng)變范圍內(nèi)保持的線性傳感，并可承受反復(fù)載荷的作用而保持穩(wěn)定等。

  論文詳見：Shengnan Li, Yang Cong, Jun Fu*. Tissue adhesive hydrogel bioelectronics. J. Mater. Chem. B., 2021, 9, 4423–4443.

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/tb/d1tb00523e

付俊教授簡介

  中科院“百人計劃”、中山大學(xué)“百人計劃”、浙江省杰出青年基金獲得者。Wiley出版社期刊Journal of Polymer Science編輯，英國皇家學(xué)會學(xué)術(shù)期刊J Mater Chem B和Materials Advances編委。2005年博士畢業(yè)于中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室。2005年至2007年留學(xué)于德國馬普高分子研究所，2007年至2010年留學(xué)于美國哈佛醫(yī)學(xué)院附屬麻省總醫(yī)院。2010年加入中科院寧波材料所，任研究員，博導(dǎo)。2019年8月加入中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，任教授，博導(dǎo)。

  圍繞柔性驅(qū)動、柔性傳感與可穿戴設(shè)備、組織工程等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芘c功能水凝膠材料的需求，重點研究高強(qiáng)韌、自修復(fù)水凝膠制備與構(gòu)效關(guān)系，水凝膠柔性傳感器與可穿戴設(shè)備，水凝膠組織工程材料，生物3D打印，響應(yīng)型水凝膠及驅(qū)動器等。

  相關(guān)成果已在Adv Funct Mater, Mater Horizons, Chem Mater, ACS Appl Mater Interfaces, Chem Commun, ACS Macro Lett, Macromolecules, Polymer等高水平期刊發(fā)表論文130多篇，主編或參與編寫英文專著3部，全部論文累計被引用5400余次，H指數(shù)39。授權(quán)美國發(fā)明專利1項，中國發(fā)明專利30多項。

  本團(tuán)隊常年招聘副教授、特聘研究員、特聘副研究員、博士后，歡迎青年才俊加入！

  聯(lián)系方式：fujun8@mail.sysu.edu.cn