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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的重要生理生化信號。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際上為非適形接觸，這可能造成關鍵信號的衰減和丟失，從而導致誤判和誤診。此外，由于生物表皮的變形和運動導致的界面的相對滑動使得表皮生物電子器件易受到運動偽影的影響。因此為準確采集和傳輸表皮信號，柔性的高度適形的傳感界面是解決問題的關鍵。

  近日，中山大學生物醫學工程學院周建華教授團隊聯合多家單位利用近紅外（NIR）光溫和地引發水凝膠前驅物水溶液的快速熱交聯，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）。所設計的復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，具有理想的導電性、可調節的機械性能和生物粘附性能以及優異的生物相容性。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性以及高度的粘附性，不受毛發和皮膚紋理等微觀結構的影響（圖2b）。基于ISF-HEs的表皮水凝膠應變傳感器具有較高的靈敏度（應變敏感度因數為1.23），響應速度快（小于200ms），耐久性好（大于500次循環）等優勢，可以準確監測大范圍以及微小的人體運動（圖2c）。與成熟的商品化的Ag|AgCl電極以及基于預制復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-表皮界面表現出更低的界面阻抗，更好的穩定性和抵抗表皮變形的能力。 

  ISF-HEs被用于采集高質量的表皮肌電信號，其信噪比水平高，信號串擾小且能抗運動偽影（圖3a）。隨后，以常見的射擊運動為例，通過同時進行人體運動和表皮肌電信號監測，充分證明了ISF-HEs用于估測單次射擊和連續多次射擊的準確度的可行性（圖3b）。ISF-HEs的出現為生物電子器件的進步提供更多想法和思路，并有望在不久的將來廣泛應用于健康評估、假體控制、腦機接口等領域。 

  該工作以“In-situ Forming Epidermal Bioelectronics for Daily Monitoring and Comprehensive Exercise”為題發表在ACS Nano上，文章第一作者是中山大學生物醫學工程學院的唐浩博士研究生。該研究獲得國家自然科學基金委、廣東省基礎與應用基礎研究基金委以及廣東省傳感技術與生物醫學儀器重點實驗室的支持。

  上述工作是該團隊近期關于可穿戴柔性傳感器和健康監測的最新進展之一。中山大學生物醫學工程學院周建華教授團隊長期致力于微流控技術、微納制造、生物醫學微納檢測與傳感、快速檢測技術、高通量檢測和篩選平臺、微納診療技術和人工組織器官的研究。相關成果還發表在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