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3D打印的可植入水凝胶生物电子药物用于电生理监测和电气调制∗
基于导电聚合物凝结凝胶的电子设备已成为电生理学概念和诊断广泛疾病的最有希望的植入生物电子药物之一，鉴于其独特的电导率和生物相容性。但是，大多数导电聚合物水凝胶的生物电子通常是通过常规技术来制造的，这些技术受到其内在的导电聚合物的可加工性的质疑，以及埃斯期脆弱的生物对手，从而阻碍了其快速的创新和在先进的植入式生物电子中的快速创新和应用。Here, we reported 3D printable hydrogels based on poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS), featuring superior 3D printabil- ity for direct ink writing (DIW), tissue-like mechanical compliance (Young's modulus of 650 kPa), instant and tough bioadhesion (interfacial toughness over 200 J m − 2
用于早期诊断胰腺癌前兆的单分子生物电子便携式阵列
使用便携式 96 孔生物电子传感阵列对 47 名患者进行胰腺癌前体筛查，以在囊肿液和血浆中进行单分子检测，可在护理点 (POC) 部署。胰腺癌前体是粘液囊肿，通过最先进的细胞病理学分子分析（例如 KRAS mut DNA）诊断的灵敏度最高为 80%。同时增加与恶性转化相关的蛋白质（例如 MUC1 和 CD55）的检测被认为是提高诊断准确性的关键。这里提出的生物电子阵列基于单分子大晶体管 (SiMoT) 技术，可以在单分子识别极限 (LOI)（1% 的假阳性和假阴性）下检测核酸和蛋白质。它包括一个类似于酶联免疫吸附测定 (ELISA) 的 8 × 12 阵列有机电子一次性盒式磁带，其中带有电解质门控有机晶体管传感器阵列，以及一个可重复使用的读取器，集成了定制的 Si-IC 芯片，通过安装在 USB 连接的智能设备上的软件进行操作。该盒式磁带配有 3D 打印的传感门盖板。5 到 6 名患者血浆或囊液中的 KRAS mut 、MUC1 和 CD55 生物标志物在 1.5 小时内以单分子 LOI 进行多路复用。胰腺癌前体通过机器学习分析进行分类，从而产生至少 96% 的诊断敏感性和 100% 的诊断特异性。这项初步研究为基于 POC 液体活检对血浆中胰腺癌前体进行早期诊断开辟了道路。
体型的生物电子传感器节点
通过在人体上，周围和内部的生物疗法进行物理上安全的通信感测是开发低成本医疗保健设备的主要研究领域，从而实现了连续监控和/或安全的永久操作。当用作节点网络时，这些设备形成了实体互联网，这带来了挑战，包括严格的资源约束，同时感应和通知以及安全漏洞。另一个主要挑战是找到一种有效的机身能源收获方法来支持感应，通讯和安全性群。由于收获的能量量的限制，我们需要减少每单位输入的能量，从而使用传感器分析和处理势在必行。在本文中，我们回顾了低功率感测，处理和沟通的挑战和机遇，并为未来的生物传感器节点提供了动力模式。具体来说，我们分析，比较和对比度（a）不同的感应机制，例如电压/电流域与时域，（b）低功率，安全通信模态，包括电线的技术和人体交流，以及（c）用于可穿戴设备和植入物的不同动力技术。
体型的生物电子传感器节点
能量能力感测和人体周围和内部生物传感器的物理安全通信是今天的主要研究领域，用于发展低成本的医疗保健，实现连续的监测和/或安全的，永久的操作。当用作节点网络时，这些设备会形成物体互联网（IOB），这带来了某些挑战，包括严格的资源约束（功率/区域/计算/内存），同时感应和通知以及由DHS和FDA Advision所证明的安全漏洞。另一个主要挑战是找到一种有效的车身能量收集方法来支持感应，通信和安全子模块。由于收获的能量量的局限性，我们需要减少单位信息消耗的能量，从而使用传感器分析/处理势在必行。在本文中，我们回顾了低功率感测，处理和交流中的挑战和机遇，并可能为未来的生物传感器节点提供动力模态。特别是，我们分析，比较和对比度（a）不同的感应机制，例如电压/电流do-主及时间域，（b）低功率，安全的通信方式，包括无线技术和人体交流，以及（c）使用耐磨机和耐磨机构的功率供电技术。
心血管组织工程和植入的新兴生物电子策略
心脏病目前是全球死亡的主要原因。创建心血管组织的能力在理解组织发育，疾病进展，药理学测试，生物执行器和移植方面具有许多应用。但是当前的心血管组织工程（CTE）方法有限。但是，在生物电子领域中已经出现了发展，并创建了可以与心脏细胞密切相互作用，提供监测能力并调节组织形成的仿生装置。将生物电子学与心脏组织工程结合在一起可以克服当前的局限性，并产生生理上的相对组织，可用于心血管研究和医学的各个领域。本评论重点介绍了基于心血管的生物电子学的最新进展。首先，讨论了心脏组织工程和心血管疾病的生物疾病疗法的潜力。第二，审查了用于CTE和植入及其特性的Advanta-Geous Bioeleclectronic材料。第三，几种代表性的心血管组织生物电子界面模型以及生物电子学可以在体外和体内应用中的有益功能。最后，讨论了临床应用的前景和剩余挑战。
适用于全水凝胶生物电子学的 3D 可打印高性能导电聚合物水凝胶
工程应变加统一。d，Pt 电极和 BC-CPH 在第 1 次、第 5,000 次和第 10,000 次循环的电流密度与电位图。e，Pt 电极和 BC-CPH 的电荷存储容量 (CSC) 与循环伏安法 (CV) 循环的关系。f，Pt 电极和 BC-CPH 在第 1 次和第 1M 次循环的双相输入脉冲 (顶部) 和相应的电流密度与时间图 (底部)。g，Pt 电极和 BC-CPH 的电荷注入容量 (CIC) 与电荷注入循环的关系。全部 10
用于微生物生物电子学的溶液沉积和可图案化导电聚合物薄膜电极
图 3. 微生物全细胞生物电子装置的电化学分析。使用 (a) 裸 ITO 玻璃和 (b) PEDOT:PSS/PHEA 涂层工作电极对生物和非生物电化学反应器进行计时电流测量。插图显示非生物电流密度。反应器接种了 S. oneidensis 以进行生物测量，虚线标记。非生物测量包含培养基。电化学反应器的工作电极平衡在 +0.2 V vs Ag/AgCl，并使用 20 mM 乳酸作为 S. oneidensis 的碳源。在 43 小时的计时电流实验后，在 (c) 裸 ITO 玻璃和 (d) PEDOT:PSS/PHEA 涂层电极上对生物和非生物样品的循环伏安图（扫描速率：10 mV s -1）。
用于先进生物电子设备的功能性水凝胶界面材料
CONSPECTUS：现代研究的一个前沿领域专注于新兴的可植入生物电子设备，这些设备具有独特的操作模式，既与研究研究有关，也与医疗实践有关。这些先进技术有可能实现与各种疾病相关的革命性诊断和治疗能力，无缝集成到重要器官表面可以实现准确的感知、刺激，甚至同时感知和刺激。用于组织状界面的材料（例如水凝胶）至关重要，这些材料能够实现这些技术平台和生命系统之间的软机械耦合和多功能双向交换。功能性水凝胶在这方面具有重大前景，正如最近展示的夹层所示，这些夹层支持光学、机械、电气、光学、热和生化相互作用模式，在活体动物模型中具有长期生物相容性和稳定功能。本报告重点介绍了水凝胶材料的最新进展，这些材料可作为生物电子系统和软组织之间的界面，以促进植入并支持感知和刺激。内容包括允许生物电子集成的材料概念、成分、化学和结构。用作界面粘合剂和表面涂层以支持机械、电、光、热和/或化学耦合突出了广泛的选择范围。本报告首先介绍了利用先进化学技术控制内出血、预防细菌感染和抑制异物反应的水凝胶。后续章节总结了利用水凝胶力学（例如其机械、可调模量、润滑表面和界面粘附特性）促进生物电子和生物系统之间相互作用的策略。功能特性的讨论从不同类型的导电水凝胶的电导率及其长期稳定性开始，并应用于生物电子传感和刺激。接下来的章节重点介绍了光学、热和化学特性，也涉及设备操作。最后一段关于化学的内容概述了最近开发的光固化和生物可吸收水凝胶粘合剂，它们支持与软生物组织的多功能界面。最后几段强调了先进生物电子设备水凝胶材料科学研究的剩余挑战和机遇。
新兴的软性生物电子
生物电子学可以在组织和设备界面上传导信号，以测量和调节用于医疗保健监测和疾病治疗的生物学活动。当前，广泛使用了多种生物电子设备，例如胶状传感器，心脏起搏器和静电图。然而，由于体内的机械菌株和复杂的生物流体，传统的刚性电子设备无法有效地满足长期舒适性，预先限制和稳定性的要求。在过去的几年中，以可穿戴的纺织品的形式越来越兴趣柔性和可拉伸的生物电子学，可穿着的皮肤和植入物内部，旨在遵守非平面和动态组织。因此，我们很高兴在先进的功能伴侣上组织这一特殊问题。我们在这里强调了材料，结构，功能和界面，用于软性生物电子学，收集了6份评论，1个进度报告和11篇令人兴奋的领域的文章。传统的电子设备通常是刚性，平面，干燥和静态的，而生物组织则是柔软，曲线，离子和动态的，因此应设计新材料以减少这些差异以建立有效且可靠的接口。pooi参见李和同事（文章1907184），小陈和同事（文章编号1909540），以及穆里米塔·科塔尔（Moumita Kotal）和伊尔克万（Moumita Kotal）和伊尔克万（Ilkwon）和同事（文章1910326）讨论了expermal and oblavelable and car的基础，并讨论了car的基础和材料设计。纳米材料，用于导电聚合物和水凝胶。还解决了体内生物电子学长期稳定性的挑战。除了材料外，设备结构和实施技术还广泛研究以减少组织损伤并提供长期的信号稳定性，主要进步和代表性的例子由Fei Pei和Bozhi Tian（文章编号1906210）和Kyung-In Jang-In Jang and Taeyoon Lee和Taeyoon Lee和Co-Workers（文档编号1910026）仔细强调。传感器是探索最多的生物电子设备的一种类型。对于触觉传感器，Darren J. Lipomi和同事（文章编号1906850）报告了触觉设备的刺激性有机材料的开发。Zhenan Bao及其同事（文章编号1903100）通过使用金字塔微结构设计，提出了一种可调，一致和可再现的电容压力传感器的有效方法。
生物电子学：生物学和电子学的融合
电子技术向原子级发展，以及系统、细胞和分子生物学的快速发展推动了这一进程。在未来十年，恢复视力或逆转脊髓损伤或疾病的影响可能成为可能；芯片实验室可以实现无需诊所的医疗诊断或即时生物制剂检测。生物电子学是生物学和电子学融合产生的学科，它有可能对许多对国家经济和福祉至关重要的领域产生重大影响，包括医疗保健和医学、国土安全、法医学以及保护环境和粮食供应。电子学的进步不仅会影响生物学和医学，而且反过来，随着现有技术的物理极限越来越近，了解生物学可能会为纳米电子技术的有效组装过程、设备和架构提供强有力的见解。本报告提出了这样一个论点：由于纳米电子学中每单位成本的功能持续呈指数级增长（又称摩尔定律 a ），生物电子学的进步可以提供新的和改进的方法和工具，同时降低其成本。这些进步使得 1970 年至 2008 年间每个晶体管的成本下降了 100 万倍（相比之下，在同一时期，一辆新车的平均成本从 3,900 美元上涨到 26,000 美元），并实现了生产力的空前提高。