综述：用于生物集成器件的二维与分层材料：解析其与生物分子多尺度相互作用

本综述系统梳理了二维（2D）与分层材料在生物集成器件领域的最新进展，重点探讨了材料-生物界面在多尺度下的相互作用机制。文章详细介绍了界面功能化（functionalization）策略、生物传感器（biosensor）构建方法，以及跨尺度生物转导（biotransducer）机制，为开发高性能仿生（biomimetic）电子与光学器件提供了重要理论支撑。

　　

界面修饰与功能化策略

二维与分层材料在能源和电子领域已展现出显著的应用潜力，但其在生物医学领域的价值尚未被充分挖掘。这种局限主要源于对材料在生物环境中相互作用机制的基础认知不足。通过表面修饰、化学功能化以及物理处理等手段，可有效优化材料与生物体系的相容性。例如，共价键修饰和非共价键包覆能增强材料的生物稳定性，而拓扑结构调控可促进细胞黏附与信号传导。这些策略为构建高性能仿生电子器件（如柔性生物传感器和光学检测平台）奠定了基础。

多尺度生物界面相互作用

在纳米至微米尺度上，二维材料与生物分子（如蛋白质、核酸和细胞膜）的相互作用呈现多层次特征。范德华力、静电作用和疏水效应等物理机制主导初始吸附过程，而分子识别与特异性结合则依赖于界面化学特性。石墨烯（graphene）、二硫化钼（MoS₂）等材料因其高比表面积和可调电子结构，能够模拟生物膜环境或充当信号转导界面，从而实现对生物分子动态的高灵敏度监测。

生物转导界面的器件级机制

在器件层面，生物转导结（biotransducer-junction）的性能直接决定了信号转换效率。二维材料作为活性层时，其电学特性（如载流子迁移率）和光学响应（如荧光猝灭效应）可与生物事件耦合，形成电化学阻抗、场效应晶体管（FET）或表面等离子体共振（SPR）等检测机制。这种耦合不仅提升了器件对生物标志物的检测限，还推动了新型生物杂交系统（如细胞-材料异质结）的开发，为疾病诊断和神经接口技术提供了新思路。

通过整合材料学与生物学交叉视角，该综述强调了从分子水平到器件水平的跨学科研究路径，为未来生物集成器件的设计提供了理论框架和应用方向。