综述：仿生柔性生物传感器中的配位化学驱动设计、机制与应用

本综述系统阐释了配位化学（Coordination Chemistry）在构建仿生柔性传感器中的前沿应用，重点分析了金属-配体（如Zn2+、Fe3+、Cu2+）动态键合赋予材料的自愈合、刺激响应与多模态感知能力，为新一代智能医疗与神经形态（Neuromorphic）设备提供分子设计范式。

　　

Structural modulation enabled by coordination chemistry

配位化学通过金属-配体动态键合（如Zn²⁺-咪唑、Fe³⁺-酚氧配位）实现了柔性传感器的结构编程与功能集成。这类键合具有可逆性和能量可调性，能够模拟生物分子的自适应行为（如蛋白质折叠、细胞骨架重塑），从而赋予材料机械柔顺性、导电性和环境响应能力。例如，Cu-BTC金属有机框架（MOF）同时具备气体吸附与电导特性，而Zn-ZIFs则呈现酶模拟活性和生物降解性。配位键的动态重组特性还可有效抑制微裂纹扩展，解决刚性导电材料与柔性基底的机械失配问题。

Multidimensional design strategies of biomimetic structures for flexible sensors

受生物分级结构启发，研究人员通过配位化学构建了类骨分层多孔、类珍珠岩交错层状以及类DNA螺旋超结构等仿生架构。这些结构不仅优化了应力分布与物质传输效率，还实现了信号区分与抗干扰功能。例如，基于Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对的动态网络可模拟突触可塑性，支持类神经信号编码；而仿生皮肤微皱纹结构通过配位交联增强了应变敏感性。这类设计突破了传统微结构仿真的静态局限性，实现了动态环境适应与缺陷容忍。

Integrated multimodal sensing platforms

配位化学驱动的材料支持机械、电化学、光学等多模态信号集成，并通过与神经形态计算结合实现闭环感知-反馈系统。例如，基于配位聚合物的传感器可同时监测心率、电解质和乳酸浓度，并通过金属-配体键的质子传导特性模拟生物信号传递过程。此类平台还解决了信号串扰与能源供给问题，其中可逆配位键调控的能量转移机制为自供能传感提供了新路径。

Challenges and future perspectives

当前挑战包括材料合成重现性、长期生物环境稳定性（如抗汗液侵蚀、pH波动）以及生物相容性调控。未来需开发标准化配位组装工艺，建立结构-功能定量关系模型，并推进与软体机器人、在体诊断系统的融合应用。

Conclusions

配位化学通过分子级动态键合实现了仿生结构与智能行为的深度融合，为柔性传感器赋予了类生命体的自适应、自修复与认知响应能力，奠定了新一代智能医疗与神经电子器件的材料基础。

Author statement

董方石负责概念设计与初稿撰写；赵伟负责可视化与文稿修订；顾英辉进行形式化分析与数据整理；刘铎参与修订与监督；宋凯与Paul K Chu负责概念设计、修订、项目管理与资金获取。

Funding

本研究得到吉林省功能生物分子工程研究中心自主创新能力项目（2023C020）支持。

Declaration of competing interest

作者声明无已知竞争性金融利益或个人关系影响本研究。