课题组在Nature Materials上发表可粘附生物电子研究成果

2020-10-05

图1. 生物组织与植入器件的融合方法: 物理附着、手术缝合(上图),以及本工作采用的可粘附生物电子技术(下图)

全球每年有数百万台电子医疗设备植入到人体中,其中包括心脏起搏器、人工耳蜗、神经电刺激设备等。通常通过物理粘附或手术缝合的方式把电子设备集成在组织上。物理粘附的人-机界面往往不够稳定。手术缝合需要精细的操作,对操作人员要求极高,但是仍然难以避免组织创伤、炎症反应和疤痕的形成,且难以实现连续贴合的界面。目前美国食品药品监督管理局(FDA)批准的可植入电子器件大多与心脏或者神经组织集成,这类表面湿滑、动态、柔软脆弱组织的手术缝合非常困难。因此,亟待研发一种可靠的技术来实现人体与电子器件的稳定融合。

南方科技大学郭传飞副教授团队和麻省理工学院的合作者共同在发表的Nature Materials的文章中首次提出可粘附生物电子器件(Bioadhesive Electronics)的概念,并通过引入一层生物粘性电子界面(E-bioadhesive Interface)来实现稳定的人机融合(图1)。这种生物粘性电子界面能够快速把电子器件粘附在体内组织或器官表面,实现长期稳定的双向电信号交互。该材料还具有与组织相匹配的高柔顺性和良好的生物相容性。

图2. 生物粘性导电界面用于长期心外膜心电信号检测

通过构建生物粘性导电界面,研究人员将柔性电极贴附在活体小鼠的心脏表面,可稳定检测心外膜的心电信号长达两周的时间 (图3),并且能够通过刺激脱粘附的方式,将电极从心脏表面无创取回。通过引入可粘附生物电子界面的方法极为简单高效,避免了缝合造成的组织损伤以及可能带来的心律不齐等并发症。本文提出的材料、方法和概念,不但解决了长期困扰该领域的界面稳定性问题,同时也为一系列可粘附生物电子器件的发展和人机融合的交互方式提供了新机遇和新思路。

2020年9月28日,论文以“Electrical bioadhesive interface for bioelectronics”为题发表在Nature Materials杂志上。南科大是论文的第一通讯单位,材料科学与工程系郭传飞副教授是论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、广东省科技厅、深圳市科创委的大力支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41563-020-00814-2.