浙江
新型水凝胶基生物电子界面为植入式器件构建了模量匹配的电气、力学、光学交互接口，为疾病诊断和治疗提供了强有力的技术支持。体内生理压力，如颅内压、血压和膀胱压等压力的变化与疾病直接相关，生理压力的实时监测对于疾病诊断和及时治疗具有重要意义。然而，在动态和富含体液的生理环境下，植入式压力传感器和固定界面需抵抗周期性压力和体液的长期浸泡，对稳定高效的水凝胶基生物电子界面提出了更大的挑战。
近日，南方科技大学刘吉团队在Advanced Materials上发表文章 “Wireless Bioelectronics for In Vivo Pressure Monitoring with Mechanically-compliant Hydrogel Biointerfaces” ，报道了基于功能水凝胶粘合界面的压力传感技术，实现体内生理压力（如颅内压）的无线稳定检测（图 1 ） 。该水凝胶粘合层通过引入微相分离机制，赋予水凝胶本身和生物粘合层在 富体液环境（如脑脊液）下的长期稳定性。
图1.用于植入式压力传感器的水凝胶生物粘合界面设计和制造方法。
同时，该团队开发了一种可体内全降解的无线无源压力传感器，通过弹性电容的变化监测压力变化，兼具 1 MHz/mmHg 的高灵敏度和 0-40 mmHg 的无线传感范围。通过水凝胶粘合界面的构建，这类无线压力传感器可稳定的粘附在离体/在体组织上，即使在组织大幅度变形下也能稳固粘附，无漏气漏液和界面脱落等情况，确保压力的稳定无线监测（图 2 ）。该团队进一步将这一传感器植入大鼠颅顶，得益于水凝胶粘合界面的稳定性，传感器的测量值与真实压力值高度匹配，而且腔内压力还能在长时间内保持稳定，并可精准地监测颅内压力的变化，比如轻微按压大鼠腹部。此外，这类无线压力传感器和水凝胶粘合剂可在体内完全降解，在体内压力检测结束后完全降解并被机体吸收，避免了二次手术取出的必要性，从而降低使用风险。
图2. 基于水凝胶粘合界面的颅内压无线监测。
这种功能水凝胶生物粘合界面技术为构建体内长期稳定的生物电子界面提供强有力的技术支持，有助于推动下一代可植入式医疗健康监测系统的开发。
南方科技大学硕士研究生林景森和博士研究生陈兴梅为该论文的共同第一作者，刘吉副教授为通讯作者。
论文连接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400181
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刘吉团队简介：刘吉博士于 2019 年 9 月加入南方科技大学独立建组，任博士生导师。主要研究领域为仿生软材料、界面粘合、软材料 3D 打印以及功能软材料在生物电子领域的应用等。近年来，在 Science Advances ， Nature Communications ， PNAS ， Advanced Materials ， Advanced Functional Materials 等期刊上发表文章 50 余篇。先后获得国家级青年人才项目 (2020) 、《麻省理工科技评论》中国区 “35 岁以下科技创新 35 人 ” (2020) 、珠江人才引进高层次人才青年项目 (2020) 、深圳市海外高层次人才 (2020) 、日本高分子协会青年学者奖 (2017) 、玛丽居里学者 (2015) 等荣誉。课题组更多信息请看：
http://faculty.sustech.edu.cn/liuj9/
来源：高分子科学前沿
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