西南交通大学鲁雄教授团队AFM综述：仿贻贝自粘附水凝胶生物电子

钢铁侠 4年前 (2020-04-23) 5830浏览

【背景】

近年来，可穿戴/植入生物电子由于其在个人医疗中的潜在应用而受到广泛的关注。但是，现阶段的生物电子一般都是依靠外部辅助设备固定于人体。这种基于外部辅助的固定在实际使用中会导致生物电子使用效果不稳定。因此，自粘附生物电子，通过提供与组织可靠和适形的接触以及稳定和保真的检测信号，可以缓解以上问题。但是，在湿润的人体组织表面获得长期稳定的自粘附是一项挑战。近年来，基于仿贻贝粘附的水凝胶已经被认为是一种具有潜力用于自粘附生物电子设计的材料。自粘附导电水凝胶能够提供稳定的表/界面电子信号检测，解决了目前可穿戴设备不能稳定获取人体组织表/界面生理信号的问题。

【成果简介】

鉴于在水凝胶领域的创新工作，近日，西南交通大学鲁雄教授团队受邀在Adv. Funct. Mater.期刊撰写特邀综述 “Mussel-inspired hydrogels for self-adhesive bioelectronics”，（DOI:10.1002/adfm.201909954）。该论文系统总结了该团队提出的基于仿贻贝策略调控酚醌氧化还原机理，实现自粘附水凝胶及其广泛应用。

首先，从贻贝粘附化学机理出发，结合作者团队的前期基础。重点介绍了利用限域空间和电子转移维持酚醌化学平衡从而实现仿贻贝长期粘附。同时，该团队提出仿贻贝粘附化学是一种赋予生物电子多功能的新途径。然后，文章从五个方面对基于自粘附水凝胶生物电子的性能进行了详细讨论：（1）仿贻贝化学用于研发具有超强力学强度的自粘附水凝胶生物电子，突破了传统强韧水凝胶缺乏表面粘附性和细胞亲和性，不能用于组织修复再生的难题；（2）仿贻贝化学用于研发具有自修复能力的仿贻贝自粘附水凝胶生物电子，实现了仿贻贝水凝胶生物电子的损坏结构性能的自修复，保证了其长期稳定的使用；（3）仿贻贝化学用于研发具有透明性的仿贻贝自粘附水凝胶生物电子，解决了纳米填充导电水凝胶不透明和离子导电水凝胶生物相容性差，不能用于可视化生物电子应用的难题；（4）仿贻贝化学用于研发具有抗菌性的仿贻贝自粘附水凝胶生物电子，降低了可植入自粘附水凝胶生物电子细菌感染的风险；（5）仿贻贝化学用于研发用于极端环境的仿贻贝自粘附水凝胶生物电子，扩展了其应用环境，如高温、极寒、人体表面汗液湿润环境和人体植入体液环境。最后，文章提出了对下一代多功能水凝胶生物电子的展望与挑战。

西南交通大学谢超鸣副教授为本文第一作者，西南交通大学鲁雄教授和美国西北大学丁永会研究助理教授为共同通讯作者。

【图文解读】

图1. 仿贻贝策略提供了可穿戴/植入生物电子从外部辅助固定转变便捷可靠自粘附的新途径。