柔電院發表綜述文章：柔性無機生物電子器件研究進展

2020-09-03 柔性電子世界



近日，浙江清華柔性電子技術研究院前沿研究中心在國際柔性電子領域頂級期刊《npj Flexible Electronics》（npj 柔性電子）上發表了題為《Flexible inorganic bioelectronics》（柔性無機生物電子器件）的綜述文章。柔性無機生物電子器件突破了傳統剛性器件的物理形態，能夠實現對人體健康信息的精準、連續採集，在人體健康監測與公共衛生領域具有重要應用前景。文章聚焦柔性無機生物電子器件在人體生理信號，包括生理電信號、生物物理信號以及生物化學信號等健康監測領域的最新研究進展，系統討論了材料、力學結構與器件設計在推動柔性無機生物電子器件不斷向前發展中所發揮的重要作用，文章指出了柔性無機生物電子器件尚存在的挑戰，為柔性無機生物電子器件的進一步發展提供了重要指導。




圖1. 柔性生物電子器件貼附至人體不同部位可採集的信號及相關應用




人體蘊含著與健康有關的各種各樣的信號，這些信號的精準、實時、連續與無創穫取在人體健康監測領域有著重要的應用價值，如生理電信號用於疾病診斷、人機接口與基礎神經科學研究；生物物理信號用於基礎健康信息診斷；生物化學信號等用於精準評估人體生理狀態等。而傳統的剛性生物器件與人體軟組織間存在著諸多不兼容，其帶來的缺點主要有：所獲取的生理信號質量低、無法實時和連續獲取信號、生物兼容性差等。柔性無機生物電子器件突破了傳統剛性器件的物理形態，可實現傳感單元與人體組織的完美兼容，極大促進了人機物三元融合，進一步拓展了生理信號在線監測在人體健康管理中的應用前景。


該綜述文章從柔性無機生物電子器件與柔性有機電子器件的對比出發，簡要總結了柔性無機生物電子器件的材料設計、結構優化以及與之匹配的加工製備工藝，系統闡述了其在生物醫學工程中重要應用前景。文章將人體生理信號分為三大類：（1）生理電信號，包括頭皮腦電信號（EEG），皮層腦電信號（ECoG），外周神經電信號，心電（EEG），肌電（EMG）和眼電（EOG）；（2）生物物理信號，包括人體的體溫、應變、壓力等信號用於基礎健康信息診斷；（3）生物化學信號，包括血糖，以及生物體液如汗液、間質液、唾液、眼液或尿液等；分別討論了柔性無機生物電子器件在應用人體生理信號進行疾病監測與治療領域的重要研究進展。




圖2. 柔性無機生物電子器件示意圖，實現傳感單元與人體組織完美兼容，用於生理電信號監測


圖3. 用於監測腸鳴音（生物物理信號）的柔性聲學傳感器


圖4. 基於電化學雙通道（ETC）的血糖（生物化學信號）監測器件




最後，該綜述文章指出了現有柔性無機生物電子器件存在的挑戰與未來的發展方向，包括提高器件的集成化水平，設計監測與治療的閉環控制系統，發展新型的柔性可延展傳感單元、電路與電源系統，以及探索更多的生物醫學應用等。另外，文章從工業化的角度重點指出了未來柔性生物電子器件需要解決大規模生產問題，同時建立相應產品的標準化評估方案。

浙江清華柔性電子技術研究院是清華大學探索多學科交叉與校地合作新模式的試點，是浙江省人民政府與清華大學共同打造的新型高端科研機構，致力於研究柔性電子技術及其大規模製造中的關鍵科學問題和共性技術問題，探索柔性電子技術在健康醫療、重大裝備、物聯網等領域的重要應用。

浙江清華柔性電子技術研究院助理研究員陳穎博士為文章的第一作者，馮雪教授是論文通訊作者。該項研究得到了國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）和國家自然科學基金的資助。



論文連結：https://www.nature.com/articles/s41528-020-0065-1




來源：柔性電子與智能技術

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