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廣東以色列理工學院王燕教授團隊 ACS Nano 綜述:柔性治療生物電子
2023-09-11  來源:高分子科技

  柔性生物電子憑借其卓越的機械、電學和生物相容性等特性,廣泛應用于健康監測、藥物輸送、人機界面和虛擬現實/增強現實等不同場景。此外,由于其機械柔軟性、生物相容性、臨床級精準度、長期穩定性和患者友好性,柔性生物電子在可攜帶的精準治療中扮演著關鍵角色。因此,將柔性生物電子的傳感和治療功能有效地結合,已成為實現去中心化醫療保健的重要目標。


  近日,廣東以色列理工學院Yan Wang(王燕)教授課題組圍繞可穿戴和可植入治療生物電子,特別關注了其在多種典型疾病治療方面的最新進展,包括皮膚傷口、糖尿病、眼部疾病、癌癥、心血管及神經性疾病等。他們深入討論了材料、器件、疾病診療作用機理,最后從監測-診療閉環系統、靈敏度和特異性、生物相容性、AI及商業化應用等方面提出柔性精準診療的未來發展方向。該工作以“Soft Bioelectronics for Therapeutics”為題發表在《ACS Nano》上。論文的第一作者是博士生章宗漫和實驗室管理員祝忠泰(前)。該研究得到廣東省科技廳和李嘉誠基金會的支持。


圖1:用于高精度可穿戴和植入式療法的柔性生物電子學的示意圖。左側顯示了用于皮膚傷口、糖尿病、眼部康復和肌肉疾病的可穿戴療法的代表性示例;右側顯示了用于心律失常、癌癥、神經系統疾病和骨折修復的植入式療法的代表性示例。 


圖2:可穿戴治療生物電子學用于皮膚傷口治療。
 

圖3:使用閉環系統可穿戴生物電子學用于皮膚傷口治療。
 

圖4:基于微針藥物傳遞系統的可穿戴治療生物電子學用于糖尿病治療。
 

圖5:基于智能隱形眼鏡的可穿戴治療生物電子學用于眼部康復。
 

圖6:可穿戴治療生物電子用于肌肉疾病治療。

 圖7:可穿戴治療生物電子用于心血管及腫瘤治療。


 圖8:可穿戴治療生物電子用于毛發再生。


 圖9:植入式治療生物電子用于心律失常治療。


 圖10:植入式治療生物電子用于癌癥治療。


 圖11:植入式治療生物電子用于神經系統疾病治療。 


圖12:植入式治療生物電子用于骨折修復、軟骨再生以及體重控制。

圖13:智能閉環柔性精準診療系統,其包括(1)用于柔性傳感平臺;(2)用于信號采集、處理和傳輸的數據電子平臺;(3)柔性按需治療平臺。


  該綜述通過材料工程、器件設計以及疾病治療機制介紹了可用于精準治療的可穿戴和植入式生物電子。文章系統總結了柔性生物電子從可穿戴療法(如治療皮膚傷口、糖尿病、眼部疾病、肌肉疾病等)到植入式療法(如治療心律失常、癌癥、神經系統障礙等)的醫療應用;最后,討論了柔性生物電子在治療方面邁向個性化醫療的未來發展趨勢,以及相關的臨床和商業轉化的機遇和挑戰,例如閉環治療系統的開發和設計、器件靈敏度和特異性的提高、生物兼容性材料的設計、人工智能的應用以及最終的商業化。隨著材料化學、醫療需求和市場驅動的快速發展,柔性生物電子正在廣泛應用于多種治療場景。解決當前柔性精準診療領域所面臨的挑戰需要來自不同科學、技術和醫療領域的協同努力,技術正在不斷消除學科間的差異。通過深入研究臨床級醫學應用、先進數據處理技術、創新材料和結構以及集成技術,可穿戴和可植入精準診療有望與甚至超越傳統藥物治療和外科手術干預。


  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c02513


  王燕課題組主頁:https://www.x-mol.com/groups/yanwanglab

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