Nature Reviews Bioengineering | 柔性电子器件*新方向！

随着生物医学技术的进步和人们对健康监测需求的增加，可穿戴和植入式生物电子设备引起了广泛关注。生物电子设备是指与生物系统接口以监测或刺激生理过程的设备。这些系统能够与人体无缝集成，从而提供实时的预防策略、早期诊断和医疗**。然而，传统生物电子设备通常是刚性且不可伸展的，而人体组织和器官则是柔软且动态的。这种机械特性的差异导致了设备与组织之间的机械不匹配，从而引发了组织损伤、**反应和慢性炎症等问题。此外，刚度的不匹配还会导致设备与皮肤和器官接触**，粘附性差和脱层，从而妨碍电、化学、机械和光信号的有效传输。

因此，科学家们开始研究软性和可拉伸的生物电子材料和设备。软性生物电子设备可以通过使用具有低弹性模量（<1–10 MPa）的功能性电子聚合物及其与纳米级或微米级无机材料的复合材料，克服传统设备的局限性。此外，通过将薄层（<1 μm）的无机设备层图案化为蛇形几何结构，即使是本质上不可伸展的材料也可以实现低弯曲刚度和可伸展性。通过这些材料和设计策略，科学家们能够开发出模拟皮肤特性的有机和混合材料，例如柔软性、可拉伸性、自愈能力、可降解性和透气性。这些进展使得生物电子设备能够更好地与人体组织和器官集成，从而减少机械不匹配带来的问题。

为了解决这些挑战，斯坦福大学（Stanford University）鲍哲南教授等在“Nature Reviews Bioengineering”期刊上发表了题为“Skin-inspired soft bioelectronic materials, devices and systems”的*新论文。本研究解决了传统生物电子设备在机械匹配、稳定性和可靠性方面的问题，提出了使用软性和可拉伸材料的解决方案。具体而言，研究人员通过分子级材料设计开发出具有皮肤启发特性的材料，包括柔软性、可拉伸性、自愈能力、可降解性和透气性。这些材料被应用于开发软性生物电子设备，如可拉伸电极、晶体管和传感器，以更好地与人体不同部位接口。此外，研究还探讨了从有线笨重仪器到定制印刷电路板（PCB）基混合系统、应变工程软集成电路和本质软系统的软性生物电子设备集成策略。通过这些研究和开发，软性生物电子设备不仅能够进行高保真度的健康监测和信号调理，还能够实现多功能性，如模拟皮肤的触觉敏感性、通过人工神经形态设备编码和传输感官信息，以及在体内降解而不产生有毒副产物的能力。*终，这些进展将推动下一代数字医疗的发展，实现更**和个性化的健康管理。

（1）实验**实现了软性和可拉伸生物电子设备与人体组织的自然接口

通过分子设计和材料**，**实现了具有皮肤启发特性的柔性电子材料，包括柔软性、可拉伸性、自愈能力、可降解性和透气性。这些材料在生物电子设备中的应用使得设备能够更好地贴合人体组织，减少了因机械不匹配引起的组织损伤和**反应。

（2）实验通过开发功能性电子聚合物和混合材料，实现了高性能软性生物电子设备

通过几何图案化薄层无机设备层和纳米级到微米级无机材料的嵌入，实现了低弹性模量的功能性电子聚合物。这些材料具有优异的电、化学和机械性能，使得软性生物电子设备在实际应用中表现出色，包括在皮肤表面进行高保真度健康监测和在组织内部进行信号记录和调制。

（3）基于软性生物电子材料，开发了多种生物电子设备，用于健康监测和**

使用这些材料，开发了可拉伸电极、晶体管和传感器，能够在皮肤和组织上无缝接口，进行神经、肌肉和生理活动的多模式监测。实验结果显示，这些设备能够实时获取并无线传输数据，为早期诊断和个性化医疗提供重要支持。

（4）实验展示了软性生物电子设备的系统集成策略

通过将这些设备集成到独立的软性生物电子系统中，解决了传统设备中布线复杂和设备笨重的问题。实验展示了从有线系统到基于柔性印刷电路板的混合系统、应变工程软系统以及本质软系统的演变。这些系统集成策略包括无线通信、电源管理、互连和封装技术，使得软性生物电子设备在实际应用中更加高效和可靠。

（5）实验提出了未来软性生物电子设备的应用前景

实验结果表明，未来软性生物电子设备不仅可以在**假肢中模拟皮肤的触觉敏感性，还可以通过人工神经形态设备传输感官信息，甚至实现瞬态植入设备在体内的无毒降解。这些技术将推动下一代数字健康护理的发展，通过实时监测生理状况并与医疗提供者共享数据，实现更先进的医疗诊断和**。