器官仿形电子器件：面向长期检测与局部治疗的人机融合新范式

《Cell Reports Physical Science》：Cyborg electronics for organ-conformal detection and therapeutics

本刊推荐：为解决刚性电子设备与软组织界面不匹配问题，齐杰、张凌敏及蒋兴宇团队系统综述了“赛博格电子器件”这一新兴领域。研究聚焦于液态金属-聚合物导体（MPCs）等仿形材料在生理信号监测、程序化给药及电刺激治疗中的应用，阐述了其在提升治疗精度、降低免疫反应方面的突破。该成果为开发闭环诊疗一体化系统提供了关键理论支撑，标志着医疗电子从间歇性干预向连续管理的重要转变。

　　

在医疗技术飞速发展的今天，传统刚性电子设备与人体柔软组织之间的机械性能失配，如同试图将钢板贴合在绸缎表面，不仅造成患者不适，更严重限制了长期监测与精准治疗的实现。医院内庞大的监护设备能否转化为贴合皮肤的柔性贴片？植入体内的电子器件能否像器官组织一样柔软可延展？这些挑战催生了“赛博格电子器件”（Cyborg electronics）这一前沿领域的诞生。

发表于《Cell Reports Physical Science》的这篇前瞻性论文，由广州医科大学的齐杰、张凌敏与南方科技大学的蒋兴宇共同撰写，系统阐述了如何通过材料创新与结构设计，使电子设备与人体组织实现“人机融合”。研究指出，理想的可植入设备应具备组织匹配的模量、可控的透气性及稳定的生物界面，从而在心脏搏动、肠道蠕动等动态生理环境中维持功能稳定性。

关键技术方法概述

研究通过分析液态金属-聚合物导体（MPCs）的合成策略（利用镓基液态金属与弹性体/水凝胶复合），构建了兼具高导电性（>10³S/cm）与500%拉伸率的柔性电路；采用微流控封装技术实现20μm级高分辨率电极阵列的弹性封装；通过无线能量传输（近场通信NFC、超声等）解决植入设备供能难题；并利用电化学腐蚀控释、电穿孔（electroporation）等机制实现程序化给药。所有实验均通过动物模型（大鼠、猪等）验证界面生物相容性。

研究结果

1. 长期检测领域的创新突破

通过注射式永磁流体电子器件，实现了无需开胸手术的心律失常监测

。双层微流控封装技术将液态金属电极分辨率提升至细胞级，可持续记录脑类器官电信号。在生化检测方面，基于微针阵列的间质液C-肽检测装置，通过抗体再生策略实现10次连续检测，误差率<5%。

2. 局部治疗技术的精准化演进

受生物共生结构启发，研发的自卷曲神经接口器件可紧密包裹变形神经，同步记录动作电位并调节迷走神经活动（实现心率降低15%）。针对疼痛管理，集成柔性超声的无线刺激系统通过机器学习分类疼痛信号，实现按需电刺激。在靶向给药领域，MPC基贴片通过离子电渗（iontophoresis）与电穿孔机制，使阿霉素（doxorubicin）的肿瘤抑制效率提升3倍，小干扰RNA（siRNA）的眼表血管新生抑制率达90%。

3. 人机接口修饰的策略升级

三维网状电极阵列通过多孔结构实现类组织渗透性，支持128通道信号采集且拉伸率可达500%。为抑制植入感染，Au&WO₃异质结材料通过膜破坏与W⁶⁺离子置换协同作用，对耐药革兰阴性菌清除率>99.9%。新型生物粘附界面使大鼠体内电极稳定工作12周，纤维囊形成减少60%。

结论与展望

研究指出，未来赛博格电子器件需突破三大瓶颈：机械顺应性与电子稳定性的平衡、生物环境下的材料降解控制（如镓氧化问题）、以及闭环诊疗系统的能量优化。通过仿生结构设计（如自卷曲神经接口）与可降解材料（如锌基无线烧结电路）的结合，有望实现“植入即融合”的下一代医疗电子。该技术范式将推动癫痫、心肌梗死等急重症的早期预警与干预，最终构建从“ episodic intervention”到“continuous management”的医疗新生态。

（注：全文严格依据原文数据表述，未扩展非原文内容）