综述：集成生物电子应用中机械顺应性电学与电化学生物传感器的设计策略

本综述系统阐述了机械顺应性电学与电化学（electrochemical）生物传感器在动态生物环境中的设计策略，重点探讨材料选择与制备、电极设计及表面功能化等关键技术，为开发新一代高精度数字医疗（digital healthcare）监测设备提供重要理论依据和实践指导。

　　

机械顺应性电学与电化学生物传感器作为集成生物电子应用中的核心组件，其设计策略正成为生物医学工程领域的研究热点。这类传感器通过匹配生物组织的力学特性，有效解决了传统刚性器件在动态生物环境中存在的界面适配难题，为高可靠性信号采集奠定了技术基础。

生物界面的力学特性与模量匹配

生物组织（如皮肤、神经、心肌）普遍具有低模量（0.5-100 kPa）、高延展性和复杂拓扑结构的特点。实现传感器与组织间的机械模量匹配（modulus matching）是确保稳定界面接触的关键因素。模量失配会引发界面应力集中，导致传感器脱落、信号波动（signal fluctuation）甚至免疫激活（immune activation）。通过引入超薄结构设计、低模量聚合物基底（如PDMS、水凝胶）和可拉伸导体，能够显著降低器件的有效模量，使其与生物组织实现力学兼容。

软导体的构建策略

开发兼具优异电学性能和机械适应性的软导体是核心技术挑战。当前主流策略包括：（1）本征可拉伸导体：采用导电聚合物（如PEDOT:PSS）、液态金属（eGaIn）和离子水凝胶；（2）结构可拉伸导体：通过蛇形、分形或网状几何设计使刚性材料（如金纳米线、碳纳米管）获得宏观可拉伸性；（3）纳米复合材料：将导电填料（石墨烯、MXene）分散于弹性基质中形成渗流网络。这些材料在保持高电导率（>1000 S/cm）的同时可实现>100%的拉伸应变。

顺应性电极架构与界面工程

电极设计需同时满足电化学性能与机械稳定性要求。微孔结构、裂纹扩展电极和纤维状电极能有效分散应力，维持电化学活性面积恒定。界面功能化通过修饰生物分子（如核酸适配体、酶、抗体）实现特异性检测，同时采用抗蛋白吸附涂层（如聚乙二醇）减少生物污染。电化学传感界面还需优化电子转移效率，例如通过纳米结构增敏界面（如纳米多孔金、还原氧化石墨烯）提升检测灵敏度。

平台化应用场景

在器官芯片（organ-on-a-chip）模型中，机械顺应性传感器可集成于微流体通道内，实现对细胞代谢物（葡萄糖、乳酸）和电生理信号（场电位、动作电位）的长期监测。植入式设备（如神经接口、心脏贴片）通过模量匹配减少纤维化封装，维持长期信号稳定性。可穿戴生物电子则利用表皮粘附式电极持续采集生理信号（ECG、EEG、EMG），并结合电化学传感实时分析汗液、间质液中的生物标志物。

技术挑战与未来方向

当前仍面临软导体长期稳定性、大规模制造工艺、多模态传感集成等挑战。未来发展趋势包括：开发自愈合导电材料、构建异质集成系统、结合人工智能进行动态信号解析，以及推动临床转化应用。通过跨学科合作，机械顺应性生物传感器有望成为下一代智能医疗系统的核心感知终端。