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  電子皮膚被廣泛用于對(duì)人類(lèi)生理和代謝物標(biāo)志物的監(jiān)測(cè)，但是現(xiàn)有的傳統(tǒng)電子皮膚要么是單功能的，要么是由傳統(tǒng)的彈性拉伸體 （例如PDMS）制成的，這些薄膜不具備自然皮膚的重要特征，比如高透氣性，防過(guò)敏，散熱，高度生物相容,和多功能傳感。鑒于此，寺崎研究所（TIBI）朱楊志教授和Ali Khademhosseini教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》期刊上在線發(fā)表了題為“A Breathable, Passive-cooling, Non-inflammatory, and Biodegradable Aerogel Electronics for Wearable Physical-Electrophysiological-Chemical Analysis”的研究文章。本文通過(guò)模仿皮膚,開(kāi)發(fā)了一款柔性氣凝膠電子皮膚貼片,用于非侵入性和實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)多種生物標(biāo)志物，包括體溫,皮膚水合程度,心電,汗液中乳酸和酒精,以及組織液的葡萄糖水平。

本文亮點(diǎn)：

  1）設(shè)計(jì)柔性的GelMA氣凝膠作為新型的電子皮膚材料 

  憑借GelMA優(yōu)異的生物相容性、可降解性、和與生物組織相似的機(jī)械性能, GelMA水凝膠已廣泛用于組織工程、生物打印、和可植入設(shè)備。 除了兼?zhèn)?/span>GelMA水凝膠的特點(diǎn)， GelMA氣凝膠更為輕便，透氣，使得其更適合作為電子皮膚的材料，但由于其起自身的脆性，它并沒(méi)有被廣泛用于柔性電子領(lǐng)域。在本文中，他們探索了一種新的制造策略，調(diào)控氣凝膠的孔徑結(jié)構(gòu)，為GelMA氣凝膠賦予其足夠的柔韌性。同時(shí)柔性氣凝膠的三維毛細(xì)管多孔通道提供高效的熱濕傳遞路徑，確保其出色的透氣能力。

  2）多通道的傳感器設(shè)計(jì)

  本文展示了柔性傳感器陣列可以通過(guò)低成本的絲網(wǎng)印刷技術(shù)集成到柔性GelMA氣凝膠貼片上。在該平臺(tái)上，印刷的電生理傳感器可用于監(jiān)測(cè)心電圖信號(hào)，溫度和阻抗傳感器分別連續(xù)監(jiān)測(cè)皮膚溫度、皮膚水合狀況，集成的電化學(xué)傳感器來(lái)量化代謝生物標(biāo)志物（乳酸、葡萄糖和酒精）濃度變化。貼片與皮膚直接接觸，同時(shí)通過(guò)反向離子電滲療法刺激汗液排泄和提取間質(zhì)液 (ISF)。

  3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體日常生理變化

  為了驗(yàn)證E-skin貼片的有效性，他們進(jìn)行了人體測(cè)試，志愿者佩戴貼片，正常攝入食物，酒精，E-skin貼片可實(shí)時(shí)判斷身體葡萄糖和酒精水平的變化，商業(yè)的血糖儀和酒精測(cè)試儀作為黃金標(biāo)準(zhǔn)來(lái)輔助驗(yàn)證貼片測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。除此之外，這款E-skin貼片被驗(yàn)證也可用于健身和訓(xùn)練的監(jiān)測(cè)。由于其出色的自粘能力和透氣性，可由于長(zhǎng)期連續(xù)實(shí)時(shí)的身體監(jiān)測(cè)。

圖 1. 柔性氣凝膠電子皮膚貼片示意圖

圖 2. 柔性氣凝膠電子皮膚貼片的形貌，機(jī)械和電學(xué)性質(zhì)。

圖 3. 柔性氣凝膠電子皮膚貼片的生物相容性，防過(guò)敏以及生物降解性。

圖 4. 柔性氣凝膠電子皮膚貼片優(yōu)異的散熱性能。

 圖 5. 柔性氣凝膠電子皮膚貼片的人體測(cè)試。

 圖 6.柔性氣凝膠電子皮膚貼片用于實(shí)時(shí)連續(xù)人體監(jiān)測(cè)。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209300

作者介紹：

  朱楊志是寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所助理教授，2019年在加州大學(xué)河濱分校獲得化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位。在加入寺崎研究所前曾于加州大學(xué)圣地亞哥分校作為博士后主持領(lǐng)導(dǎo)柔性電子相關(guān)研發(fā)課題。目前其團(tuán)隊(duì)工作重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)個(gè)性化醫(yī)療的柔性電子產(chǎn)品，包括智能隱形眼鏡，可穿戴和可植入傳感器的設(shè)計(jì)與制備。另外, 團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期接受訪問(wèn)學(xué)者，博后申請(qǐng)，歡迎咨詢(xún)yzhu@terasaki.org。

  Ali Khademhosseini 目前擔(dān)任寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所的首席執(zhí)行官/杰出教授。在此之前，他是加州大學(xué)洛杉磯分校生物工程系，化學(xué)工程系，以及放射系的教授，并兼任微創(chuàng)診療中心主任。他曾是哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院以及麻省理工終身教授，在哈佛，他領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)建了哈佛大學(xué)生物材料創(chuàng)新研究中心。他被公認(rèn)為再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用，生物材料以及生物打印領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。