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南科大劉吉團隊《Adv. Mater.》：基于功能水凝膠粘合界面的體內無線壓力傳感

2024-03-03 來源：高分子科技

新型水凝膠基生物電子界面為植入式器件構建了模量匹配的電氣、力學、光學交互接口，為疾病診斷和治療提供了強有力的技術支持。體內生理壓力，如顱內壓、血壓和膀胱壓等壓力的變化與疾病直接相關，生理壓力的實時監測對于疾病診斷和及時治療具有重要意義。然而，在動態和富含體液的生理環境下，植入式壓力傳感器和固定界面需抵抗周期性壓力和體液的長期浸泡，對穩定高效的水凝膠基生物電子界面提出了更大的挑戰。

近日，南方科技大學劉吉團隊在Advanced Materials上發表文章“Wireless Bioelectronics for In Vivo Pressure Monitoring with Mechanically-compliant Hydrogel Biointerfaces”，報道了基于功能水凝膠粘合界面的壓力傳感技術，實現體內生理壓力（如顱內壓）的無線穩定檢測（圖1）。該水凝膠粘合層通過引入微相分離機制，賦予水凝膠本身和生物粘合層在富體液環境（如腦脊液）下的長期穩定性。

圖1.用于植入式壓力傳感器的水凝膠生物粘合界面設計和制造方法。

同時，該團隊開發了一種可體內全降解的無線無源壓力傳感器，通過彈性電容的變化監測壓力變化，兼具1 MHz/mmHg的高靈敏度和0-40 mmHg的無線傳感范圍。通過水凝膠粘合界面的構建，這類無線壓力傳感器可穩定的粘附在離體/在體組織上，即使在組織大幅度變形下也能穩固粘附，無漏氣漏液和界面脫落等情況，確保壓力的穩定無線監測（圖2）。該團隊進一步將這一傳感器植入大鼠顱頂，得益于水凝膠粘合界面的穩定性，傳感器的測量值與真實壓力值高度匹配，而且腔內壓力還能在長時間內保持穩定，并可精準地監測顱內壓力的變化，比如輕微按壓大鼠腹部。此外，這類無線壓力傳感器和水凝膠粘合劑可在體內完全降解，在體內壓力檢測結束后完全降解并被機體吸收，避免了二次手術取出的必要性，從而降低使用風險。

圖2. 基于水凝膠粘合界面的顱內壓無線監測。

這種功能水凝膠生物粘合界面技術為構建體內長期穩定的生物電子界面提供強有力的技術支持，有助于推動下一代可植入式醫療健康監測系統的開發。

南方科技大學碩士研究生林景森和博士研究生陳興梅為該論文的共同第一作者，劉吉副教授為通訊作者。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400181

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南方科技大學劉吉課題組招聘博士后和研究助理，有意者請將個人簡歷（pdf）等相關材料發送至liuj9@sustech.edu.cn郵件標題請注明“姓名+畢業學校+應聘職位”，期待您的加盟！

劉吉團隊簡介：劉吉博士于2019年9月加入南方科技大學獨立建組，任博士生導師。主要研究領域為仿生軟材料、界面粘合、軟材料3D打印以及功能軟材料在生物電子領域的應用等。近年來，在Science Advances，Nature Communications，PNAS，Advanced Materials，Advanced Functional Materials等期刊上發表文章50余篇。先后獲得國家級青年人才項目(2020)、《麻省理工科技評論》中國區 “35歲以下科技創新35人” (2020)、珠江人才引進高層次人才青年項目(2020)、深圳市海外高層次人才(2020)、日本高分子協會青年學者獎(2017)、瑪麗居里學者(2015)等榮譽。課題組更多信息請看：http://faculty.sustech.edu.cn/liuj9/

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（責任編輯：xu）

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