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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(hào)。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(shí)際上為非適形接觸，這可能造成關(guān)鍵信號(hào)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(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的界面的相對(duì)滑動(dòng)使得表皮生物電子器件易受到運(yùn)動(dòng)偽影的影響。因此為準(zhǔn)確采集和傳輸表皮信號(hào)，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(tuán)隊(duì)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(jì)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(jī)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(shì)，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)大范圍以及微小的人體運(yùn)動(dòng)（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(hào)，其信噪比水平高，信號(hào)串?dāng)_小且能抗運(yùn)動(dòng)偽影（圖3a）。隨后，以常見的射擊運(yùn)動(dòng)為例，通過同時(shí)進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)和表皮肌電信號(hào)監(jiān)測(cè)，充分證明了ISF-HEs用于估測(cè)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(jìn)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(píng)估、假體控制、腦機(jī)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(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

  上述工作是該團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于可穿戴柔性傳感器和健康監(jiān)測(cè)的最新進(jìn)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(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于微流控技術(shù)、微納制造、生物醫(yī)學(xué)微納檢測(cè)與傳感、快速檢測(cè)技術(shù)、高通量檢測(cè)和篩選平臺(tái)、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