中山大学付俊教授团队JMCB封面综述：组织粘附型水凝胶生物电子学

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柔性生物电子学在电子皮肤、可穿戴设备、生物医学电子学等方面具有广阔的应用前景。水凝胶的机械性能与生物组织相似、生物相容性优异、理化性能可灵活调控，在生物电子学领域具有独特的优势。柔性器件与组织界面作用对柔性电子器件的性能有重要影响，组织粘附型电子器件可以与生物组织形成密切、稳定的界面作用，形成高度顺应和仿形的界面，对可植入可穿戴生物电子学具有非常重要的意义。

中山大学付俊教授团队在高性能水凝胶高灵敏、线性传感器(Chem Mater 2018，30, 8062-8069；J Mater Chem B 2020, 8, 3437-3459；Polymer 2020, 192, 122319；ACS Appl Mater Interfaces 2020, 12, 51969-51977；ACS Appl Mater Interfaces 2020, 12, 52307-52318；J Mater Chem B 2021, 9, 2561-2583)，组织粘附型传感(ACS Appl Mater Interfaces 2019, 11, 3506-3515；J Mater Chem B 2019, 7, 24-29；ACS Appl Mater Interfaces 2020, 12, 46816-46826)等方面取得了系列创新研究成果，为研制植入式传感器，实现组织器官运动远程实时监测提供了新思路（Mater Horiz 2020, 7, 1872-1882）。

近日，中山大学材料科学与工程学院，聚合物复合材料与功能材料教育部重点实验室付俊教授团队应邀在Journal of Materials Chemistry B杂志发表封面综述文章：Tissue adhesive hydrogel bioelectronics，总结了近年来组织粘附型水凝胶在生物电子学器件方面的研究进展，重点阐述了粘附型水凝胶的制备、粘附机理，粘附型导电水凝胶的制备及其在可穿戴传感器件、电子皮肤、可植入传感器等领域的代表性应用研究进展。文章的第一作者是中山大学2020级博士生李胜男，通讯作者是付俊教授。

图1 组织粘附型水凝胶生物电子学的应用

文章首先介绍了组织粘附型水凝胶与生物组织之间的主要粘附机制。水凝胶含有丰富的官能团，可通过共价键作用（席夫碱，迈克尔加成）、非共价键作用（氢键，阳离子-π键作用）、界面机械互锁等方式与组织相粘结，形成与组织紧密贴合的界面。同时，文章介绍了导电水凝胶的代表类型，如：电子导电水凝胶，离子导电水凝胶等，阐述了它们的典型的制备方法，分析了基于导电水凝胶的柔性传感器的代表性进展。

图2 几种代表性的组织粘附型水凝胶的粘附机制

将组织粘附机制应用于导电水凝胶传感器，可以制备出具有组织粘附型的水凝胶生物电子器件，国内外研究团队报道了多种可粘附在皮肤或其它组织器官表面的导电水凝胶传感器，实现了对人体运动、汗液、脉搏、肌肉等多种信号的实时采集和传输。组织粘附型水凝胶电子器件由于其具有自粘附性可以与生物组织形成良好的界面连接，避免由于电子器件与组织之间的界面连接不紧密而引起的界面电阻较大，噪声较大等问题；同时由于水凝胶材料自身具有高含水量，高生物相容性和与生物组织相似的模量，可以解决传统的刚性硬质电子器件与生物组织之间的模量不匹配。基于以上两点，粘附型水凝胶电子器件在可植入式电子器件以及组织器官远程监测方面具有很大应用潜力，例如其对于心脏、肺部、神经或骨骼肌等组织器官的监测及修复。

图3 组织粘附型水凝胶在电子皮肤、植入式电子器件以及组织器官远程监测等方面的应用

文章最后简要地指出了粘附型水凝胶生物电子学领域仍有待解决的问题和挑战，例如，水凝胶容易失水而导致性能不够稳定；水凝胶在湿润环境下的粘附能力仍有待提高；在应用过程中，要求水凝胶传感器在较宽的应力应变范围内保持的线性传感，并可承受反复载荷的作用而保持稳定等。

论文详见：Shengnan Li, Yang Cong, Jun Fu*. Tissue adhesive hydrogel bioelectronics. J. Mater. Chem. B., 2021, 9, 4423–4443.

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/tb/d1tb00523e

付俊教授简介

中科院“百人计划”、中山大学“百人计划”、浙江省杰出青年基金获得者。Wiley出版社期刊Journal of Polymer Science编辑，英国皇家学会学术期刊J Mater Chem B和Materials Advances编委。2005年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室。2005年至2007年留学于德国马普高分子研究所，2007年至2010年留学于美国哈佛医学院附属麻省总医院。2010年加入中科院宁波材料所，任研究员，博导。2019年8月加入中山大学材料科学与工程学院，任教授，博导。

围绕柔性驱动、柔性传感与可穿戴设备、组织工程等领域对高性能与功能水凝胶材料的需求，重点研究高强韧、自修复水凝胶制备与构效关系，水凝胶柔性传感器与可穿戴设备，水凝胶组织工程材料，生物3D打印，响应型水凝胶及驱动器等。

相关成果已在Adv Funct Mater, Mater Horizons, Chem Mater, ACS Appl Mater Interfaces, Chem Commun, ACS Macro Lett, Macromolecules, Polymer等高水平期刊发表论文130多篇，主编或参与编写英文专著3部，全部论文累计被引用5400余次，H指数39。授权美国发明专利1项，中国发明专利30多项。

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