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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(nèi)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(gòu)建了模量匹配的電氣、力學(xué)、光學(xué)交互接口，為疾病診斷和治療提供了強有力的技術(shù)支持。體內(nèi)生理壓力，如顱內(nèi)壓、血壓和膀胱壓等壓力的變化與疾病直接相關(guān)，生理壓力的實時監(jiān)測對于疾病診斷和及時治療具有重要意義。然而，在動態(tài)和富含體液的生理環(huán)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(wěn)定高效的水凝膠基生物電子界面提出了更大的挑戰(zhàn)。


  近日，南方科技大學(xué)劉吉團隊在Advanced Materials上發(fā)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(shù)，實現(xiàn)體內(nèi)生理壓力（如顱內(nèi)壓）的無線穩(wěn)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(huán)境（如腦脊液）下的長期穩(wěn)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(shè)計和制造方法。


  同時，該團隊開發(fā)了一種可體內(nèi)全降解的無線無源壓力傳感器，通過彈性電容的變化監(jiān)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(gòu)建，這類無線壓力傳感器可穩(wěn)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(wěn)固粘附，無漏氣漏液和界面脫落等情況，確保壓力的穩(wěn)定無線監(jiān)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(wěn)定性，傳感器的測量值與真實壓力值高度匹配，而且腔內(nèi)壓力還能在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定，并可精準(zhǔn)地監(jiān)測顱內(nèi)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(nèi)完全降解，在體內(nèi)壓力檢測結(jié)束后完全降解并被機體吸收，避免了二次手術(shù)取出的必要性，從而降低使用風(fēng)險。 


圖2. 基于水凝膠粘合界面的顱內(nèi)壓無線監(jiān)測。


  這種功能水凝膠生物粘合界面技術(shù)為構(gòu)建體內(nèi)長期穩(wěn)定的生物電子界面提供強有力的技術(shù)支持，有助于推動下一代可植入式醫(yī)療健康監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)。


  南方科技大學(xué)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


招聘信息


  南方科技大學(xué)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(guān)材料發(fā)送至liuj9@sustech.edu.cn郵件標(biāo)題請注明“姓名+畢業(yè)學(xué)校+應(yīng)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(xué)獨立建組，任博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)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(lǐng)域的應(yīng)用等。近年來，在Science Advances，Nature Communications，PNAS，Advanced Materials，Advanced Functional Materials等期刊上發(fā)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(qū) “35歲以下科技創(chuàng)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(xié)會青年學(xué)者獎(2017)、瑪麗居里學(xué)者(2015)等榮譽。課題組更多信息請看：http://faculty.sustech.edu.cn/liuj9/
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