近日，西北工業大學黃維院士團隊于海東教授、梁飛副教授在柔性生物電子領域取得系列研究進展。基于“自供能+綠色材料”協同策略，成功構建了一系列集成電刺激治療與健康監測功能的柔性生物電子器件。該系列器件兼具良好的力學柔性、生物相容性及自供電特性，在無外部供電的條件下，能夠精準實現慢性傷口修復、術后黑色素瘤復發抑制等治療效果，可以連續穩定地監測汗液里的糖分、體液中的離子濃度等多項生理參數。相關多篇成果連續發表在Matter、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等國際期刊上，為綠色自供電生物電子器件的設計與應用提供了全新的策略。
基于超薄摩擦納米發電機與負載銅的氮摻雜碳納米顆粒(Cu(II)-NC NPs)的集成器件，構建了用于預防黑色素瘤術后復發的柔性自供能電子貼片。通過系統實驗與分子動力學模擬研究證實，摩擦電場可有效調控黑色素瘤細胞膜的通透性和流動性，顯著增強細胞的Cu(II)-NC NPs攝取能力，細胞內銅離子富集進一步促進羥基自由基產生并耗竭谷胱甘肽水平，從而協同誘導銅死亡，放大銅離子誘導的細胞凋亡效應。在不完全切除黑色素瘤的小鼠模型中，該貼片可有效抑制術后復發。相關成果發表在國際著名期刊Matter上。論文第一作者為柔性電子研究院23級的博士生陳文婷，通訊作者為梁飛副教授、于海東教授和中科院北京納米能源所的李琳琳研究員。
圖1 AMFED的結構設計和材料組成
通過集成濕氣發電機(Moist-Electric Generator, MEG)、抗菌水凝膠基敷料以及同心鉬(Mo)電極，構建了一種自驅動的濕度響應柔性發電敷料器件(AMFED)，實現了無需外部供能的持續電刺激的傷口治療。實驗表明，相比對照組，使用AMFED的傷口愈合速度提升約41%。相關研究發表在國際著名期刊Advanced Materials上。論文第一作者為柔性電子研究院21年級的博士生顏稔，通訊作者為梁飛副教授、美國寺崎生物醫學創新研究所的朱楊志助理教授、黃維院士及于海東教授。
圖2 SP-HEG 在拉伸條件下的輸出性能
該團隊還基于功能化炭黑紙基材料，通過激光切割構建優化的Kirigami結構，制備了一種具有優異可拉伸性能的紙基水伏發電機(SP-HEG)。在不損失輸出性能的情況下，該器件可以實現最大200%的拉伸應變，而且具備良好的形變穩定性、綠色可持續性及輸出穩定性，實現了人體汗液信息的自供電監測。相關研究發表在國際著名期刊AdvancedFunctionalMaterials上。論文第一作者為柔性電子研究院22級的博士生石學文，通訊作者為梁飛副教授、黃維院士及于海東教授。
圖3 用于健康監測的半植入式生物電子器件
基于對半植入生物電子器件的精準治療應用策略的發展，以“Recent Progress in Semi-Implantable Bioelectronics for Precision Health Monitoring”為題，將研究成果系統總結后發表在國際著名期刊AdvancedFunctionalMaterials上。論文第一作者為柔性電子研究院23級的博士生陳文婷，通訊作者為梁飛副教授、于海東教授及中科院北京納米能源所李琳琳研究員。
