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  皮膚是人體最大的器官，提供了大量與人體健康狀況密切相關(guān)的重要生理生化信號。但是目前常見的表皮生物電子器件與柔軟的生物表皮之間實際上為非適形接觸，這可能造成關(guān)鍵信號的衰減和丟失，從而導(dǎo)致誤判和誤診。此外，由于生物表皮的變形和運動導(dǎo)致的界面的相對滑動使得表皮生物電子器件易受到運動偽影的影響。因此為準(zhǔn)確采集和傳輸表皮信號，柔性的高度適形的傳感界面是解決問題的關(guān)鍵。

  近日，中山大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院周建華教授團隊聯(lián)合多家單位利用近紅外（NIR）光溫和地引發(fā)水凝膠前驅(qū)物水溶液的快速熱交聯(lián)，在褶皺的皮膚表面原位形成了高度保形的水凝膠生物電子界面（圖2a）。所設(shè)計的復(fù)合電子材料由甲基丙烯酸明膠/聚乙二醇雙丙烯酸酯、碳納米管和聚多巴胺(GelMA/PEGDA-CNT-PDA)水凝膠組分組成，具有理想的導(dǎo)電性、可調(diào)節(jié)的機械性能和生物粘附性能以及優(yōu)異的生物相容性。且原位成型的水凝膠電子器件（ISF-HEs）在各種情形下均能與褶皺的皮膚保持良好的順應(yīng)性以及高度的粘附性，不受毛發(fā)和皮膚紋理等微觀結(jié)構(gòu)的影響（圖2b）。基于ISF-HEs的表皮水凝膠應(yīng)變傳感器具有較高的靈敏度（應(yīng)變敏感度因數(shù)為1.23），響應(yīng)速度快（小于200ms），耐久性好（大于500次循環(huán)）等優(yōu)勢，可以準(zhǔn)確監(jiān)測大范圍以及微小的人體運動（圖2c）。與成熟的商品化的Ag|AgCl電極以及基于預(yù)制復(fù)合水凝膠的普通粘性水凝膠電極相比，高度適形的水凝膠電極-表皮界面表現(xiàn)出更低的界面阻抗，更好的穩(wěn)定性和抵抗表皮變形的能力。 

  ISF-HEs被用于采集高質(zhì)量的表皮肌電信號，其信噪比水平高，信號串?dāng)_小且能抗運動偽影（圖3a）。隨后，以常見的射擊運動為例，通過同時進行人體運動和表皮肌電信號監(jiān)測，充分證明了ISF-HEs用于估測單次射擊和連續(xù)多次射擊的準(zhǔn)確度的可行性（圖3b）。ISF-HEs的出現(xiàn)為生物電子器件的進步提供更多想法和思路，并有望在不久的將來廣泛應(yīng)用于健康評估、假體控制、腦機接口等領(lǐng)域。 

  該工作以“In-situ Forming Epidermal Bioelectronics for Daily Monitoring and Comprehensive Exercise”為題發(fā)表在ACS Nano上，文章第一作者是中山大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的唐浩博士研究生。該研究獲得國家自然科學(xué)基金委、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金委以及廣東省傳感技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)儀器重點實驗室的支持。

  上述工作是該團隊近期關(guān)于可穿戴柔性傳感器和健康監(jiān)測的最新進展之一。中山大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院周建華教授團隊長期致力于微流控技術(shù)、微納制造、生物醫(yī)學(xué)微納檢測與傳感、快速檢測技術(shù)、高通量檢測和篩選平臺、微納診療技術(shù)和人工組織器官的研究。相關(guān)成果還發(fā)表在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Proc. Nati. Acad. Sci.、Angew Chem.、Nano Letter.、Small、Lab Chip、Adv. Funct. Mater.、Biosens. Bioelectron.、Anal. Chem.等期刊上。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c03414

  下載：In-situ Forming Epidermal Bioelectronics for Daily Monitoring and Comprehensive Exercise