综述：稳定闭环生物电子学的材料策略与器件制备

这篇综述系统探讨了柔性生物电子器件在个性化诊疗中的应用前景，重点阐述了实现稳定组织-器件界面的创新策略。通过分析可穿戴（wearable）、可植入（implantable）和可注射（injectable）器件的材料选择（如PEDOT:PSS导电聚合物、MXene水凝胶）、结构设计（如蛇形互联serpentine interconnects）和闭环系统（closed-loop systems）集成技术，揭示了如何克服传统刚性器件与生物组织（模量1kPa-1.5MPa）的机械失配问题。特别强调了自修复（self-healing）材料、组织粘附界面（bioadhesive interfaces）和微创递送技术对实现长期稳定信号监测（如ECG/EEG/EMG）的关键作用。

　　

可穿戴贴片型生物电子器件

皮肤作为人体最外层的组织，需要能够适应其动态曲面的柔性传感技术。通过将金（Au）或铂（Pt）电极图案化在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上，结合无线柔性印刷电路板（FPCB），实现了汗液代谢物和温度的多功能监测。其中，厚度仅1.4μm的PET薄膜上沉积碳纳米管（CNT）纳米纤维网络，可构建对弯曲不敏感的压力传感器，其透光率超过90%，并能实现9×9 cm²的大面积监测。

有机电化学晶体管（OECT）技术将PEDOT:PSS活性层与透明银纳米线电极结合，在5μm厚的聚对二甲苯（parylene-C）基底上实现了高跨导（~1 mS），成功用于表皮心电（ECG）信号采集。更先进的4端垂直Corbino结构OECT（vcOECT）通过消除寄生电阻，将截止频率提升至2kHz，可同步监测眼电（EOG）和肌电（EMG）信号。

为实现与皮肤（模量1-1.5MPa）的力学匹配，蛇形结构的聚酰亚胺（PI）/Au/PI电极通过预应变基底形成褶皱结构，拉伸范围达-24%至5.5%。而本征可拉伸的纳米网格电极（如Au纳米网与聚氨酯纳米纤维复合）则通过多孔结构维持导电通路。液态金属（如镓铟共晶合金EGaIn）的压阻泡沫传感器灵敏度达0.992 pF kPa^-1，MXene-聚乙烯醇（PVA-CA）水凝胶更通过邻苯二酚修饰解决了MXene氧化问题。

自修复技术通过动态键合机制提升器件耐久性。例如钕铁硼（Nd₂Fe₁₄B）磁性微粒可实现电极自动对准修复，而含弱/强氢键的聚二甲基硅氧烷（PDMS）-MPU-IU聚合物既保持组织级柔软（模量~kPa级），又能在损伤后恢复电学性能。

可植入探针型生物电子器件

针对深层组织信号采集，犹他倾斜电极阵列（USEA）采用聚对二甲苯绝缘的100通道硅微针，可选择性记录周围神经信号。而Neuropixels探针通过960个氮化钛（TiN）电极实现自由活动动物的大规模神经元记录。为降低刚性硅材料（模量130-185GPa）的炎症反应，聚酰亚胺基柔性探针（厚度20μm）配合钨引导针可植入大鼠丘脑底核7mm深处，PEDOT:PSS涂层更将阻抗从60kΩ降至10kΩ。

三维集成技术将密歇根探针、犹他阵列和皮层电图（ECoG）电极结合，实现了跨尺度神经信号映射。最新进展包括：全氟聚醚（PFPE）封装的多层柔性探针（7.6电极/100μm）能在体液环境中稳定工作1年；横向束内多通道电极（TIME）通过穿透神经束实现比袖带电极更精准的刺激。

稳定组织界面的可植入生物传感器

1024通道铂纳米棒网格（PtNRGrids）电极实现了猪脑皮层信号的大规模采集，而活性矩阵ECoG阵列通过集成硅晶体管成功捕获猫的睡眠纺锤波和癫痫发作信号。为匹配心脏的周期性形变（应变>100%），微裂纹PEDOT:PSS与液态金属/CNT复合材料构成的16通道传感器可耐受400%拉伸和5000次循环变形，配合Ag纳米线-PDMS可拉伸导线，构建了多功能心外膜贴片。

自锁式袖带装置利用PDMS-MPU-IU的动态氢键实现应力松弛，金纳米壳（AuNS）修饰的银片（AgF）电极则通过动态修复网络抵抗疲劳损伤。组织粘附界面技术突破包括：二氧化硅纳米颗粒通过置换界面水分子增强粘附；N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）共价粘附水凝胶实现了大鼠14天稳定心电监测；而模拟贻足丝蛋白的邻苯二酚改性水凝胶更在牛脑皮层上实现了超声刺激下的高信噪比ECoG记录。

具有传感刺激功能的可注射平台

可注射导电水凝胶通过动态硼酸酯键和原位金纳米颗粒形成，能桥接神经缺损并触发闭环康复。形状记忆冷冻凝胶（如弹性蛋白-明胶-CNT复合材料）经导管递送后可恢复原始尺寸200倍，显著改善心肌梗死后的电传导。更革命性的技术包括：

• 超薄（<1μm）金-聚合物网状电子器件通过立体定位注射实现5周稳定脑电记录

• 16通道网格电极通过非共轴玻璃体注射贴合视网膜曲面

• 流体驱动折叠的ECoG阵列通过20mm钻孔实现皮层全覆盖

• 3D打印聚丙烯酸（PAA）-聚氨酯（PU）生物粘附导联具有49kPa剪切强度，其电荷注入容量（450μC/cm²）远超商业起搏导联

这些突破性进展为神经系统疾病、心脏疾病等慢性病的长期监测与治疗提供了全新解决方案，标志着生物电子学向个性化医疗迈出了关键一步。