隨著生物醫(yī)學技術的進步和人們對健康監(jiān)測需求的增加，可穿戴和植入式生物電子設備引起了廣泛關注。生物電子設備是指與生物系統(tǒng)接口以監(jiān)測或刺激生理過程的設備。這些系統(tǒng)能夠與人體無縫集成，從而提供實時的預防策略、早期診斷和醫(yī)療**。然而，傳統(tǒng)生物電子設備通常是剛性且不可伸展的，而人體組織和器官則是柔軟且動態(tài)的。這種機械特性的差異導致了設備與組織之間的機械不匹配，從而引發(fā)了組織損傷、**反應和慢性炎癥等問題。此外，剛度的不匹配還會導致設備與皮膚和器官接觸**，粘附性差和脫層，從而妨礙電、化學、機械和光信號的有效傳輸。

因此，科學家們開始研究軟性和可拉伸的生物電子材料和設備。軟性生物電子設備可以通過使用具有低彈性模量（<1–10 MPa）的功能性電子聚合物及其與納米級或微米級無機材料的復合材料，克服傳統(tǒng)設備的局限性。此外，通過將薄層（<1 μm）的無機設備層圖案化為蛇形幾何結構，即使是本質(zhì)上不可伸展的材料也可以實現(xiàn)低彎曲剛度和可伸展性。通過這些材料和設計策略，科學家們能夠開發(fā)出模擬皮膚特性的有機和混合材料，例如柔軟性、可拉伸性、自愈能力、可降解性和透氣性。這些進展使得生物電子設備能夠更好地與人體組織和器官集成，從而減少機械不匹配帶來的問題。

為了解決這些挑戰(zhàn)，斯坦福大學（Stanford University）鮑哲南教授等在“Nature Reviews Bioengineering”期刊上發(fā)表了題為“Skin-inspired soft bioelectronic materials, devices and systems”的*新論文。本研究解決了傳統(tǒng)生物電子設備在機械匹配、穩(wěn)定性和可靠性方面的問題，提出了使用軟性和可拉伸材料的解決方案。具體而言，研究人員通過分子級材料設計開發(fā)出具有皮膚啟發(fā)特性的材料，包括柔軟性、可拉伸性、自愈能力、可降解性和透氣性。這些材料被應用于開發(fā)軟性生物電子設備，如可拉伸電極、晶體管和傳感器，以更好地與人體不同部位接口。此外，研究還探討了從有線笨重儀器到定制印刷電路板（PCB）基混合系統(tǒng)、應變工程軟集成電路和本質(zhì)軟系統(tǒng)的軟性生物電子設備集成策略。通過這些研究和開發(fā)，軟性生物電子設備不僅能夠進行高保真度的健康監(jiān)測和信號調(diào)理，還能夠實現(xiàn)多功能性，如模擬皮膚的觸覺敏感性、通過人工神經(jīng)形態(tài)設備編碼和傳輸感官信息，以及在體內(nèi)降解而不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物的能力。*終，這些進展將推動下一代數(shù)字醫(yī)療的發(fā)展，實現(xiàn)更**和個性化的健康管理。

（1）實驗**實現(xiàn)了軟性和可拉伸生物電子設備與人體組織的自然接口

通過分子設計和材料**，**實現(xiàn)了具有皮膚啟發(fā)特性的柔性電子材料，包括柔軟性、可拉伸性、自愈能力、可降解性和透氣性。這些材料在生物電子設備中的應用使得設備能夠更好地貼合人體組織，減少了因機械不匹配引起的組織損傷和**反應。

（2）實驗通過開發(fā)功能性電子聚合物和混合材料，實現(xiàn)了高性能軟性生物電子設備

通過幾何圖案化薄層無機設備層和納米級到微米級無機材料的嵌入，實現(xiàn)了低彈性模量的功能性電子聚合物。這些材料具有優(yōu)異的電、化學和機械性能，使得軟性生物電子設備在實際應用中表現(xiàn)出色，包括在皮膚表面進行高保真度健康監(jiān)測和在組織內(nèi)部進行信號記錄和調(diào)制。

（3）基于軟性生物電子材料，開發(fā)了多種生物電子設備，用于健康監(jiān)測和**

使用這些材料，開發(fā)了可拉伸電極、晶體管和傳感器，能夠在皮膚和組織上無縫接口，進行神經(jīng)、肌肉和生理活動的多模式監(jiān)測。實驗結果顯示，這些設備能夠實時獲取并無線傳輸數(shù)據(jù)，為早期診斷和個性化醫(yī)療提供重要支持。

（4）實驗展示了軟性生物電子設備的系統(tǒng)集成策略

通過將這些設備集成到獨立的軟性生物電子系統(tǒng)中，解決了傳統(tǒng)設備中布線復雜和設備笨重的問題。實驗展示了從有線系統(tǒng)到基于柔性印刷電路板的混合系統(tǒng)、應變工程軟系統(tǒng)以及本質(zhì)軟系統(tǒng)的演變。這些系統(tǒng)集成策略包括無線通信、電源管理、互連和封裝技術，使得軟性生物電子設備在實際應用中更加高效和可靠。

（5）實驗提出了未來軟性生物電子設備的應用前景

實驗結果表明，未來軟性生物電子設備不僅可以在**假肢中模擬皮膚的觸覺敏感性，還可以通過人工神經(jīng)形態(tài)設備傳輸感官信息，甚至實現(xiàn)瞬態(tài)植入設備在體內(nèi)的無毒降解。這些技術將推動下一代數(shù)字健康護理的發(fā)展，通過實時監(jiān)測生理狀況并與醫(yī)療提供者共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更先進的醫(yī)療診斷和**。