综述：下一代电活性生物材料集成生物电子学在先进健康管理中的应用

这篇综述系统阐述了第四代电活性生物材料（EBs）如何通过动态生物交互性和能量自主功能突破临床转化瓶颈，为可穿戴/植入式治疗设备（EBBs）提供创新解决方案。文章聚焦EBs分类、先进制备策略及跨学科（材料科学、合成生物学、临床信息学）融合路径，为精准医疗中自适应生物电子学的发展绘制了技术路线图。

　　

Highlights

智能生物材料的演进正通过实时诊断监测与再生治疗的协同整合变革医疗领域。尽管当前生物电子系统在疾病检测和生理追踪方面展现出卓越能力，但组织诱导能力不足和与宿主组织的机械不相容性仍阻碍其临床转化。新兴的第四代电活性生物材料（Electroactive Biomaterials, EBs）通过动态生物交互性（bio-interactivity）和能量自主功能（energy-autonomous functionality）解决了这些局限。

Abstract

电活性生物材料集成生物电子（EB-integrated bioelectronics, EBBs）为个性化精准医疗提供了新范式。这类材料不仅能实现生理信号的持续捕获，还能通过电刺激响应促进组织再生。最新进展显示，具有压电性（piezoelectricity）和离子导电性（ionic conductivity）的EBs可模拟天然组织的机电耦合特性，显著提升植入器件的长期生物相容性。

材料分类与创新设计

第四代EBs主要涵盖三大类：

1. 1.

   导电聚合物（如聚吡咯PPy、聚苯胺PANI）——通过掺杂调控电导率（10^-3-10⁴ S/cm）

2. 2.

   碳基材料（石墨烯/碳纳米管）——兼具高比表面积和机械柔韧性（杨氏模量≈1 TPa）

3. 3.

   生物混合材料（如明胶-聚己内酯复合物）——通过仿生微结构实现组织特异性机械梯度

突破性制备技术包括：

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  4D打印构建动态形变结构

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  微流控纺丝制备多尺度纤维支架

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  光图案化技术实现表面拓扑调控

临床应用场景

可穿戴EBBs：

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  基于PEDOT:PSS的电子皮肤可同步监测pH值、葡萄糖和肌电信号

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  自供电摩擦电传感器（TENGs）利用人体运动能量驱动药物释放

植入式EBBs：

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  载有神经生长因子（NGF）的聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）导电支架促进脊髓损伤修复

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  钽纳米线修饰的心脏补片通过电信号调节心肌细胞钙循环

跨学科融合路径

实现真正自适应系统的关键挑战在于：

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  材料科学：开发具有组织模拟粘弹性的动态交联网络

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  合成生物学：构建基因电路调控的生物-电子接口

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  临床信息学：建立多模态数据融合的闭环反馈系统

该领域未来将向"生物混合智能系统"发展，通过活体细胞与电子元件的深度整合，最终实现能自我进化调节的治疗平台。