Journal of Zhejiang University

Current Issue: <BDM>

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, quarterly; bimonthly since 2023

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Bio-Design and Manufacturing (BDM) reports new research, new technology and new applications in the field of biomanufacturing, especially 3D bioprinting. As an interdisciplinary field, topics of this journal cover tissue engineering, regenerative medicine, mechanical devices from the perspectives of materials, biology, medicine and mechanical engineering, with a focus on manufacturing science and technology to fulfil the requirement of bio-design.

Bio-Design and Manufacturing

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, Bimonthly

2024 Vol.7 No.4 P.383-595

Cover:

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<<< CONTENTS >>>

Editorial

Advances in wearable and implantable bioelectronics for precision
medicine

Kaichen Xu, Seung Hwan Ko & Jun Chen

DOI: 10.1007/s42242-024-00302-5 Downloaded: 2135 Clicked: 1934 Cited: 0 Commented: 0(p.383-387) <Full Text>

Chinese summary <24> 《生物设计与制造》2024年特邀专辑 | 可穿戴和植入式生物电子研究进展及在精准医疗中的应用，文章目录与简介

随着人们对更高生活质量的不断追求，智能技术也在不断进步。柔性可穿戴和植入式生物电子设备作为传统刚性材料电子设备的一种创新补充，因其延展性、超薄和生物相容性等特点，能够无缝贴附在各种真实或人造组织、器官上。这些设备在持续健康监测、人机界面和治疗干预方面具有广泛的应用。它们可以动态跟踪周围环境变化，有效弥合人类、机器以及现实或虚拟空间之间的差距。通常情况下，这些设备基于压阻、电容、压电或摩擦电原理，实现物理、化学和电生理信息检测。为了构建这些高性能的多功能生物电子设备，多种加工方法已经被开发，结合新兴的多功能材料，能够形成敏感单元、互连和多级结构。可穿戴和植入式生物电子领域的近些年研究进展不仅为基础研究开辟了新途径，而且对人类生活产生了重大影响。为了展现这一多学科研究领域的进展，我们组织了一期关于“可穿戴和植入式生物电子学”的特刊，收集了4篇综述文章、7篇研究文章和1篇简讯，涵盖了从功能纳米材料、先进制造到可穿戴和植入式传感器的工作原理以及治疗策略等主题（图1）。功能纳米材料是高性能生物电子器件的构建基石。例如，Liang和Liu等人介绍了一种仿珍珠结构的MXene基薄膜，用于宽检测范围的压阻式压力传感器[1]。该传感器利用了MXene纳米片和纤维素纤维的结构优势，模仿了珍珠的“砖-泥”设计，具有宽压力范围（高达286.49 kPa）和较快响应/恢复时间（8.58 ms/34.34 ms）。可穿戴压力传感器在监测机器人运动和各种生理信号方面具有广泛应用。同时，Zhang等人提出了一种通过电子回旋共振系统制造的石墨烯-金属纳米薄膜，用于高精度触敏屏幕[2]。电容式触摸传感器的工作原理基于纳米薄膜之间的电子捕获和极化效应。经过3000次弯曲循环后，屏幕仍保持良好性能，信噪比为41.16 dB，分辨率为650 dpi，在手写中文字符识别中达到了94.82%的准确率。此外，Tran等人介绍了共轭聚合物（conjugated polymers, CPs）在可穿戴生物电子中的应用[3]。这些聚合物具有离域π电子系统，由共轭键结构和重复的化学单元组成。作者讨论了它们的导电性、生物相容性、机械稳定性、柔韧性、可拉伸性和溶液相加工性。为了提高传感性能，还介绍了它们在纳米结构和复合物方面的发展，包括共轭聚合物纳米线、纳米纤维、纳米管和多孔CPs。利用CPs作为基本架构，综述了自供电、可穿戴和植入式生物传感器的最新进展。除了功能纳米材料，可靠的加工方法对于多功能生物电子应用也至关重要。光刻、图案转移、增材制造、溶液印刷策略和卷对卷等制备方法是必不可少的。制造多功能可穿戴和植入式设备通常涉及多种制造方法，以实现敏感单元、结构和互连电路。幸运的是，激光加工由于其多样的激光与物质相互作用机制，可以完成这些多功能制造任务。激光加工的模式主要包括增材、减材、等材制造。最近，Hong等人讨论了激光诱导石墨烯的进展，作为典型的传感制造方法[4]。对其他激光加工技术如纹理化、烧蚀、烧结、合成和退火也进行了总结。最后，他们展示了激光加工在各种可穿戴和植入设备中的应用，介绍了化学/物理传感器和能源设备。通过复合制造方法和多种功能纳米材料，已经开发了各种可穿戴物理、化学和电生理传感器。特别地，应用于分析汗液、唾液和泪液等生物液体的电化学生物传感器引起了广泛的研究和产业关注。这些生物液体含有与人类健康高度相关的离子、蛋白质和氨基酸。例如，Wang等人展示了一种无串扰的双模式汗液微流体系统，用于裸眼汗液损失定量，分辨率为0.5 μL，总体积为11 μL[5]。将该微流体系统与氯化物传感器和柔性印刷电路板集成，实现了汗液损失和离子浓度的实时检测，而且不会产生串扰。这表明了在生物电子健康监测中，非侵入性精准汗液分析的重要性。可穿戴生物传感器的优势之一是能够在非实验室环境中进行即时测试（point-of-care testing, POCT）。这种POCT策略无需技术人员或复杂的准备程序，在资源有限和偏远地区尤为适用。最近，Kim等人从传感机制和制造方法的角度，综述了与电化学生物传感器相关的 POCT 技术[6]。他们重点讨论了将各种生物识别元素如酶、抗体和适配体固定在电极表面的技术，全面分析了酶固定化方法的优缺点。此外，大多数可穿戴生物电子设备依赖电池供电，需频繁充电或更换电池以实现持续监测。幸运的是，摩擦电纳米发电机（triboelectric nanogenerators, TENGs）的出现，为自供电传感器提供了一种潜在解决方案，通过将机械能转换为电能。Mao等人综合介绍了可拉伸TENGs在可穿戴生物电子设备中的应用进展[7]。他们首先介绍了典型的工作原理，随后描述了实现可拉伸TENGs的两种解决方案，即制造本征可拉伸材料和设计可拉伸结构。实际演示包括基于TENG的可穿戴和可拉伸设备，用于人类健康监测如脉搏、身体运动和呼吸检测，以及人机交互如机器控制、触摸面板和虚拟现实。另一个重要的柔性生物传感器类别是可植入设备，实现与心脏、神经和脑组织共形贴附，以探测电生理信号并进行疾病治疗。特别地，关于脑活动记录的神经科学研究因其在开发用于疾病治疗或沟通的脑机接口中的重要性，吸引了多学科的关注。一项主要任务是设计多通道神经探针。例如，Liu等人展示了一种用于原位监测脑中动作电位和Ca2+浓度的植入探针[8]。探针检测Ca2+灵敏度具有高选择性（100.7 mV/十倍）。12个铂黑装饰的微电极能够追踪神经元动作电位。结果表明，该探针能够同时追踪电生理信号和离子浓度。此外，Cai等人设计并制造用多壁碳纳米管/聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）纳米复合材料16通道微电极阵列（microelectrode arrays, MEAs），用于快速准确地定位和检测帕金森病（Parkinson’s disease, PD）大鼠的下丘脑核（subthalamic nucleus, STN）[9]。结果表明，PD大鼠的STN神经放电比未受损的大鼠更高。此外，MEAs同步采集了STN及其上下边界核的神经信号，表明需要进一步研究深部脑核。为了实现高时空分辨率的脑电信号，Feng等人使用层压结构设计开发了柔性超薄高密度电极阵列，克服了在有限空间内连接多个电极线的挑战[10]。800个电极的最小间距为15 μm。这个尺寸接近单个神经元，提高了从厘米到亚毫米级的癫痫病灶定位精度。这种高密度电极阵列为高精度脑电图采集提供了途径。除了可穿戴和植入式生物电子设备的诊断能力外，治疗功能也可以集成到这些柔性系统中，用于持续和按需治疗。目前，包括电刺激、药物输送、热疗和光动力疗法等典型策略已经用于糖尿病治疗、伤口愈合、神经刺激和心脏治疗。例如，Yu等人展示了一种基于剪纸艺术的可穿戴热电设备（thermoelectric device , TED），具有优越的水蒸气渗透性（4.9 kg/(m²·d)）和一致性[11]。通过施加-0.50 A 或0.50 A的电流，可以将皮肤温度分别提高3.8 ℃或降低3.5 ℃。这种可穿戴TED在热疗和伤口护理等医疗场景中展现了巨大的潜力。在植入应用方面，一个挑战是如何在应用于刺激和/或记录神经系统电活动的皮层电极时，避免细菌入侵和炎症反应。Huang和Li等人设计了一种基于细菌纤维素的水凝胶作为皮层电极的基材，封装了特定药物以抑制革兰氏阴性和阳性细菌的生长[12]。这显著缓解了使用治疗性皮层电极进行皮层电图记录时的细菌感染症状。总之，我们希望本期关于可穿戴和植入式生物电子学的特刊能为广大研究人员带来灵感和见解。因此，我们呼吁来自材料科学、物理学、化学、机械工程、电气工程、光学工程、生物医学工程以及计算机工程等领域的多学科研究人员参与这一快速发展的领域。

Research Article

Flexible, high-density, laminated ECoG electrode array for high
spatiotemporal resolution foci diagnostic localization of refractory
epilepsy

Yafeng Liu, Zhouheng Wang, Yang Jiao, Ying Chen, Guangyuan Xu, Yinji Ma & Xue Feng

DOI: 10.1007/s42242-024-00278-2 Downloaded: 2051 Clicked: 2217 Cited: 0 Commented: 0(p.388-398) <Full Text>

Chinese summary <24> 【封面文章】清华大学冯雪教授团队 | 柔性高密度叠层ECoG电极及其在难治性癫痫病灶诊断定位方面的应用

本研究论文聚焦柔性高密度脑电极的集成制备与应用。高时空分辨率脑电信号对于高精度癫痫病灶诊断定位至关重要, 关键突破点在于发展高密度脑电极阵列。本研究提出一种柔性脑电极叠层结构设计方法, 使不同引线分布在不同空间位置, 克服了大量引线布置的挑战。引入回火工艺, 消除残余热应力引起的叠层结构开裂问题, 突破了柔性脑电极高密度集成制备的难题。基于此, 制备了一类柔性、超薄、高密度的皮层电图 (ECoG) 电极阵列。该柔性ECoG电极阵列具有800个电极, 电极密度为4444 mm−2, 电极最小间距15微米, 与单个神经元相当。该柔性高密度ECoG电极阵列可与大脑皮层共形贴附, 实现高时间分辨率和高空间分辨率脑电信号采集。此外, 基于该方法制备的柔性高密度ECoG电极阵列, 采集了高时空分辨率癫痫信号, 癫痫病灶定位精度从厘米级提高到亚毫米级。本研究为难治性癫痫病灶高精度定位和脑功能分析的临床应用奠定了基础。

A drug-loaded flexible substrate improves the performance
of conformal cortical electrodes

Rongrong Qin, Tian Li, Yifu Tan, Fanqi Sun, Yuhao Zhou, Ronghao Lv, Xiaoli You, Bowen Ji, Peng Li & Wei Huang

DOI: 10.1007/s42242-024-00299-x Downloaded: 2151 Clicked: 1750 Cited: 0 Commented: 0(p.399-412) <Full Text>

Chinese summary <23> 西北工业大学黄维院士李鹏教授吉博文副教授团队 | 抗菌抗炎脑机接口柔性电极

本研究论文聚焦侵入式脑机接口的长期稳定使用。侵入式脑机接口通过直接将电极植入到大脑的灰质或大脑皮层获取高质量的神经信号。然而, 植入电极所导致的不可避免的伤口带来了与外源性物质暴露相关的细菌感染和炎症反应风险。此外, 伤口区域的炎症可能会因细菌感染而急剧恶化。这些后果不仅会导致脑机接口信号质量的衰退甚至消失, 还可能威胁患者生命。本研究通过以可缓释药物的水凝胶为柔性基底，集成蛇形阵列，提出了一种兼具脑电信号监测和药物缓释治疗的脑机接口构建方法。基于此，以抗生素和抗炎药物为模型，本研究制备了负载四环素 (TC) 和地塞米松 (DEX) 的细菌纤维素 (BC) 水凝胶。进一步地, 通过将负载药物的BC水凝胶与九通道蛇形阵列集成, 开发了抗菌抗炎脑机接口柔性电极, 并将其用于大鼠模型中记录皮层脑电图 (ECoG) 信号。该柔性电极可与大脑皮层共形贴附, 实现高分辨率脑电信号采集。此外，负载的药物TC和DEX可以从脑机接口电极中缓慢释放, 有效抑制革兰阴性和阳性细菌的生长以及炎症反应。本研究为药物递送电极的开发以及侵入式脑机接口的长期稳定使用奠定了基础。

A mixed-coordination electron trapping-enabled high-precision
touch-sensitive screen for wearable devices

Xi Zhang, Junchi Ma, Hualin Deng, Jinming Zhong, Kaichen Xu, Qiang Wu, Bo Wen & Dongfeng Diao

DOI: 10.1007/s42242-024-00293-3 Downloaded: 2091 Clicked: 1748 Cited: 0 Commented: 0(p.413-427) <Full Text>

Chinese summary <23> 深圳大学刁东风张希团队 | 一种基于混配位电子俘获效应的高精度触摸屏

本研究论文聚焦于一种基于混配位电子俘获效应的互电容式触摸屏及其应用的探究。触摸屏，作为数字化时代的代表器件类型，在可穿戴设备中扮演着至关重要的角色。新型碳纳米材料（如碳纳米管、石墨烯等）为研发高性能柔性触摸屏提供了新路径。然而，当这些材料与柔性基板堆叠以形成电容触摸传感器时，常常会在受形变时发生材料-基板剥离现象，导致触摸屏识别失准，降低柔性触摸屏应用范围。在本研究中，我们使用电子回旋共振系统（ECR）在柔性基板上直接原位沉积了石墨烯-金属纳米薄膜（GMNF），避免了材料-基板剥离现象的发生。通过该方法制备出的基于感应电荷的互电容式触摸传感器，能够实现高精度的触摸感应，极大地拓展了触摸屏的应用范围。在GMNF中，铜纳米粒子和垂直生长的石墨烯纳米片之间形成的混配位使得该材料具有电子俘获效应。它们紧密地附着在柔性基板上，经过3000次弯折后，触摸灵敏度未发生明显降低。基于此器件的交互触摸系统具有41.16 dB的高信噪比和650 dpi的分辨率。通过手写中文字符识别测试，该触控系统对中文字符识别准确率高达94.82%。这些结果显示了直接沉积制备的GMNF触摸屏传感器具有极佳的稳定性和识别能力，在可穿戴设备方面具有良好的应用前景。

A crosstalk-free dual-mode sweat sensing system for naked-eye sweat
loss quantification via changes in structural reflectance

Bowen Zhong, Hao Xu, Xiaokun Qin, Lingchen Liu, Hailong Wang & Lili Wang

DOI: 10.1007/s42242-024-00294-2 Downloaded: 2092 Clicked: 2188 Cited: 0 Commented: 0(p.428-438) <Full Text>

Chinese summary <23> 中国科学院半导体研究所王丽丽团队 | 无串扰双模态汗液传感集成系统通过结构反射率变化直观定量汗液的流失

本研究论文提出了一种可用于各种柔性基材的新型激光雕刻表面粗糙化策略。该加工方法可构建在汗液填充前后显示出明显的结构反射率变化的微流道。通过利用这些独特的光学特性改变，我们开发了一种完全激光雕刻的微流体装置，用于裸眼量化汗液流失。该汗液流失传感器的体积分辨率为0.5 μL，总体积容量为11 μL，并且可以个性化定制以满足不同的性能需求。基于此，本文报道了一种无串扰双模态汗液微流体系统，该系统集成了 Ag/AgCl 氯离子传感器及其匹配的无线测量柔性印刷电路板。该集成系统能够实时监测汗液流失比色信号和离子浓度电压信号，且这种双模态读数不会产生串扰。最后，我们通过体表佩戴运动排汗研究，揭示了人体汗液氯离子浓度与出汗率之间的正相关性，展示了这种微流控汗液流失传感器及其集成系统在运动医学中的潜在用途价值。

Deep brain implantable microelectrode arrays for detection
and functional localization of the subthalamic nucleus in rats
with Parkinson’s disease

Luyi Jing, Zhaojie Xu, Penghui Fan, Botao Lu, Fan Mo, Ruilin Hu, Wei Xu, Jin Shan, Qianli Jia, Yuxin Zhu, Yiming Duan, Mixia Wang, Yirong Wu & Xinxia Cai

DOI: 10.1007/s42242-023-00266-y Downloaded: 2085 Clicked: 1500 Cited: 0 Commented: 0(p.439-452) <Full Text>

Chinese summary <23> 中国科学院空天信息创新研究院吴一戎院士团队 | 脑深部精准功能定位多通道新器件

帕金森病等功能性脑病严重影响患者生活质量。我国患者数量超9000万，微电极精准功能定位是帕金森脑深部刺激手术治疗成功的关键。然而，临床仅有单通道的定位微电极，存在刺激和记录位点少、触点面积大、检测通道少等技术瓶颈，亟需研发精准功能定位多通道新器件。本研究论文聚焦于帕金森病脑深部核团检测及精准功能定位的微电极阵列制备和活体动物测试验证。丘脑底核(STN)被认为是电刺激治疗帕金森的最佳靶点，由于其体积小且位置深，精准功能定位难度大。本研究设计并制备了与大鼠丘脑底核STN靶点核团形状匹配的16位点微电极阵列，实现了帕金森大鼠健侧和损毁侧STN及其上下临近核团神经细胞放电信息的同步原位检测。相较于健侧，损毁侧STN表现出更高的动作电位放电率、动作电位振幅以及局部场电位功率，并在β频段表现出剧烈震荡，通过对该特征信号的模式识别，实现了对STN的细胞水平的多位点实时精准功能定位。本研究为帕金森病等重大脑疾病脑深部精准功能定位提供了一种多通道高时空分辨的新器件和多功能工具，在帕金森、癫痫、重度抑郁症等神经外科术前手术规划和术中精准定位中具有广泛的应用前景。

Soft, body conformable electronics for thermoregulation enabled
by kirigami

Lung Chow, Guangyao Zhao, Pengcheng Wu, Xingcan Huang, Jiyu Li, Jian Li, Wanying Wang, Guihuan Guo, Zhiyuan Li, Jiachen Wang, Jingkun Zhou, Yawen Yang, Yuyu Gao, Binbin Zhang, Qiang Zhang, Dengfeng Li, Ya Huang, Kuanming Yao, Jian Lu & Xinge Yu

DOI: 10.1007/s42242-024-00290-6 Downloaded: 1924 Clicked: 1379 Cited: 0 Commented: 0(p.453-462) <Full Text>

Chinese summary <23> 香港城市大学于欣格团队 | 通过剪纸技术实现用于温度调节的柔性共形电子

本研究论文聚焦通过剪纸技术实现用于温度调节的柔性共形电子。在节约能源与保证生活质量的同时, 将热电设备 (TEDs) 应用于个性化的体温调节具有非常大的吸引力。直接贴附在皮肤上的热电设备能够显著降低因冷却整个环境而产生的能量浪费。然而, 面对人体皮肤呈现的极端动态的几何形状和应变, 传统的热电设备无法贴合人体轮廓以达到最佳的体温调节效果。因此, 本文基于剪纸技术设计了一种具有出色的透气性、柔性和共形性的可穿戴式热电设备。数值分析和实验结果均表明, 本文开发的热电设备能够承受各种类型的大程度的机械变形, 且不会导致电路断裂。上述成果和所提出的简便方法不仅推动了可穿戴式热电设备的发展, 还为各种需要高度共形性的电子设备提供了创新机遇。

Nacre-inspired MXene-based film for highly sensitive piezoresistive
sensing over a broad sensing range

Gaofeng Wang, Lingxian Meng, Xinyi Ji, Xuying Liu, Jiajie Liang & Shuiren Liu

DOI: 10.1007/s42242-024-00292-4 Downloaded: 2344 Clicked: 2402 Cited: 0 Commented: 0(p.463-475) <Full Text>

Chinese summary <23> 郑州大学刘水任等 | 兼具高灵敏度和宽检测范围的仿贻贝MXene基压力传感器

本研究论文聚焦兼具高灵敏度和宽检测范围的仿贻贝MXene基压力传感器。作为可穿戴电子设备的重要组成部分，柔性压力传感器因其在健康监测、电子皮肤和人机交互等领域中广阔的应用前景而备受关注。然而，在较宽的压力范围内实现传感器的高灵敏性，同时具备快速的响应/恢复时间和与皮肤无缝贴合，仍然是一个重大挑战。在本文中，我们提出使用真空诱导自组装策略制备具有“砖-砂浆”内部结构的珍珠层状MXene/羧甲基纤维素钠（CMC）纳米复合传感膜。柔性CMC“砂浆”的嵌入有效缓解了MXene导电纳米片的层间堆积，赋予其丰富的可变接触通路，提高了纳米复合材料的力学稳定性，从而实现了传感器在宽压力范围内的高灵敏性（0.03–22.37 kPa: 162.13 kPa−1; 22.37–135.71 kPa: 127.88 kPa−1; 135.71–286.49 kPa: 100.58 kPa−1)。此外，该传感器还具有低检测极限（0.85 Pa）、快速响应/恢复时间（8.58 ms/34.34 ms）和良好的循环稳定性。基于上述传感器的优异性能，我们探究了将其用于区分微小物体、人体生理信号识别，空间阵列、机器人运动监测等应用的可行性。

Review

Recent advances and innovations in the design and fabrication
of wearable flexible biosensors and human health monitoring systems
based on conjugated polymers

Vinh Van Tran, Viet-Duc Phung & Daeho Lee

DOI: 10.1007/s42242-024-00297-z Downloaded: 2112 Clicked: 2020 Cited: 0 Commented: 0(p.476-516) <Full Text>

Chinese summary <23> 韩国嘉泉大学Daeho Lee等 | 基于共轭聚合物的可穿戴柔性生物传感器和人体健康监测系统的设计和制造进展

本综述论文聚焦基于共轭聚合物的可穿戴柔性生物传感器和人体健康监测系统的设计和制造进展。可穿戴生物传感器作为对患者友好的诊断技术，因其高柔性和舒适性，受到了极大的关注。在可穿戴生物传感器设计中，新型材料的不断研究和应用加速了医疗保健中床旁检测平台和植入式生物医学设备的发展。在众多潜在材料中，共轭聚合物（CPs）因其出色的导电性和机械性能，正在成为构建高性能可穿戴生物传感器的理想选择。最近，CPs已被广泛集成到各种可穿戴生物传感器中，以监测一系列目标生物分子。然而，为实际应用制造可靠的基于CP的可穿戴生物传感器仍然是一个重大挑战，需要新的发展策略来增强这类生物传感器的可行性。因此，本综述旨在通过总结和评估近期基于CP的可穿戴生物传感器设计和制造的研究，提供综合的科学证据，以推动未来的研究工作。本综述强调了CPs的卓越性能和优势，并旨在明确它们在该领域的潜在应用前景。此外，本文详细讨论了基于CP的可穿戴生物传感器的基本原理、主要组成部分及其传感机制。强调了CP纳米结构和杂化在提高传感性能方面的最新进展，以及下一代可穿戴生物传感器的最新创新。我们相信，基于CP的可穿戴生物传感器一直是并将继续是开发有效且用户友好的人类健康监测诊断技术的理想平台。

Recent developments in selective laser processes for wearable devices

Youngchan Kim, Eunseung Hwang, Chang Kai, Kaichen Xu, Heng Pan & Sukjoon Hong

DOI: 10.1007/s42242-024-00300-7 Downloaded: 6123 Clicked: 1695 Cited: 0 Commented: 0(p.517-547) <Full Text>

Chinese summary <23> 汉阳大学Sukjoon Hong等 | 面向可穿戴生物电子的激光选择性加工最新进展

本综述论文聚焦面向可穿戴生物电子的激光选择性加工最新进展。对于个人医疗保健的可穿戴技术和智能虚拟/增强现实应用兴趣的不断增加，促使了简便制造方法的发展。激光因其远程、无菌、快速和对材料选择性加工的特性，长期以来被用于解决这些具有挑战性的技术问题。本综述将相关激光工艺的最新发展总结为两类。首先，介绍了激光诱导石墨烯等变革性方法。除了设计优化和改变基底材料外，变革性方法的最新进展现在能够通过同时转化异质前驱体或顺序添加与其他电子元件结合的功能层，去实现更复杂的材料组成和多层设备配置。此外，更传统的激光技术，如消融、烧结和合成，仍然可以用于通过扩大适用材料范围和采用新机制来增强整个系统的功能。接下来，讨论了通过相应激光工艺开发的可穿戴设备组件，其中重点讨论了化学/物理传感器和能源设备。此外，特别关注了使用多个激光源或工艺的应用，这些应用为全激光制造可穿戴设备奠定了基础。

Electrochemical biosensors for point-of-care testing

Jinsol Kim, Juho Jeong & Seung Hwan Ko

DOI: 10.1007/s42242-024-00301-6 Downloaded: 1857 Clicked: 2749 Cited: 0 Commented: 0(p.548-565) <Full Text>

Chinese summary <23> 首尔大学Seung Hwan Ko等 | 用于即时检验的电化学生物传感器

本综述论文聚焦用于即时检验的电化学生物传感器。即时检验（POCT）是一种在患者身边进行疾病诊断和监测的做法，与仅在医学实验室或其他临床环境中进行的传统治疗不同。由于缺乏能够促进有效医疗测试的便携式医疗设备，POCT在最近过去较少见。然而这一领域近期呈现出增长态势，得益于诊断技术的进步、设备的小型化，以及可穿戴电子设备的快速发展。在这些发展中，电化学传感器因其高灵敏度、紧凑的尺寸并且经济实惠而在POCT领域引起了兴趣。它们被用于从疾病诊断到健康状况监测的各种应用。在本文中，我们探讨了电化学传感器的最新进展、制造它们的方法以及可以使用的各种传感机制。此外，我们还探究了如何将酶、抗体和核酸适配体等特定生物识别元素固定于电极表面，以及这些传感器在现实世界即时检验中的应用方式。

Recent advances in stretchable triboelectric nanogenerators for use
in wearable bioelectronic devices

Yaling Wang, Pengcheng Zhu, Yue Sun, Pan Li & Yanchao Mao

DOI: 10.1007/s42242-024-00284-4 Downloaded: 2139 Clicked: 1768 Cited: 0 Commented: 0(p.566-590) <Full Text>

Chinese summary <23> 郑州大学毛彦超等 | 可拉伸摩擦纳米发电机用于可穿戴生物电子器件的最新进展

本综述论文聚焦可拉伸摩擦纳米发电机用于可穿戴生物电子器件的最新进展。可穿戴生物电子器件具有实时监测人体健康、提供个性化健康服务以及与智能设备交互的潜力。然而，这些可穿戴生物电子器件依赖于传统的刚性电池，这些电池需要频繁充电或更换，且与皮肤的柔性不兼容，导致在人体健康监测和人机交互相关的复杂治疗任务中出现中断。可拉伸摩擦纳米发电机（TENG）是一种高效的能量收集技术，可将机械能转化为电能，从而为可穿戴生物电子设备提供有效的电能。本综述全面概述了可拉伸TENG在可穿戴生物电子器件中的最新进展。首先阐述了可拉伸TENG的工作机制，接着详细讨论了可拉伸TENG的制备方法，包括拉伸结构的设计和拉伸材料的选择。此外，介绍了基于可拉伸TENG的可穿戴生物电子器件在人体健康监测（包括身体运动、脉搏和呼吸）和人机交互（如触控面板、机器控制和虚拟现实）中的应用。最后，详细讨论了基于可拉伸TENG的可穿戴生物电子器件面临的挑战和发展趋势。

Letter

Implantable probe with integrated reference electrode for in situ
neural signal and calcium ion monitoring

Junyu Xiao, Mengfei Xu, Longchun Wang, Bin Yang & Jingquan Liu

DOI: 10.1007/s42242-024-00283-5 Downloaded: 1736 Clicked: 1442 Cited: 0 Commented: 0(p.591-595) <Full Text>

Chinese summary <23> 上海交通大学刘景全团队 | 集成电生理记录和离子浓度监测功能的植入式神经探针

本文聚焦集成电生理记录和离子浓度监测功能的植入式神经探针。监测神经元的电生理活动和血液中的钙离子可以帮助人们更好地了解与疾病相关的神经系统回路。然而，当前原位钙离子监测工具很少，且大多集成度低、灵敏度有限。本文提出一种集成原位Ag/AgCl 参比电极（ISA/ARE）的植入式探针，该探针可以监测动作电位（AP）和Ca2+浓度。实验结果表明，Ca2+传感器的灵敏度可达100.7 mV/decade，其在干扰物实验中呈现良好的选择性。本研究通过铂黑修饰的12个电生理电极记录到了神经元的AP，而当将CaCl2溶液重复微注射到大脑的CA1区域时，Ca2+传感器则观察到神经元的可逆电位变化。上述结果表明，该探针能够满足电生理信号和离子浓度同步监测的需求，加深人们对神经回路的理解，促进脑科学的发展。