广东以色列理工学院王燕教授团队 ACS Nano 综述：柔性治疗生物电子

2023-09-11 来源：高分子科技

柔性生物电子凭借其卓越的机械、电学和生物相容性等特性，广泛应用于健康监测、药物输送、人机界面和虚拟现实/增强现实等不同场景。此外，由于其机械柔软性、生物相容性、临床级精准度、长期稳定性和患者友好性，柔性生物电子在可携带的精准治疗中扮演着关键角色。因此，将柔性生物电子的传感和治疗功能有效地结合，已成为实现去中心化医疗保健的重要目标。

近日，广东以色列理工学院Yan Wang（王燕）教授课题组围绕可穿戴和可植入治疗生物电子，特别关注了其在多种典型疾病治疗方面的最新进展，包括皮肤伤口、糖尿病、眼部疾病、癌症、心血管及神经性疾病等。他们深入讨论了材料、器件、疾病诊疗作用机理，最后从监测-诊疗闭环系统、灵敏度和特异性、生物相容性、AI及商业化应用等方面提出柔性精准诊疗的未来发展方向。该工作以“Soft Bioelectronics for Therapeutics”为题发表在《ACS Nano》上。论文的第一作者是博士生章宗漫和实验室管理员祝忠泰(前)。该研究得到广东省科技厅和李嘉诚基金会的支持。

图1：用于高精度可穿戴和植入式疗法的柔性生物电子学的示意图。左侧显示了用于皮肤伤口、糖尿病、眼部康复和肌肉疾病的可穿戴疗法的代表性示例；右侧显示了用于心律失常、癌症、神经系统疾病和骨折修复的植入式疗法的代表性示例。

图2：可穿戴治疗生物电子学用于皮肤伤口治疗。

图3：使用闭环系统可穿戴生物电子学用于皮肤伤口治疗。

图4：基于微针药物传递系统的可穿戴治疗生物电子学用于糖尿病治疗。

图5：基于智能隐形眼镜的可穿戴治疗生物电子学用于眼部康复。

图6：可穿戴治疗生物电子用于肌肉疾病治疗。

图7：可穿戴治疗生物电子用于心血管及肿瘤治疗。

图8：可穿戴治疗生物电子用于毛发再生。

图9：植入式治疗生物电子用于心律失常治疗。

图10：植入式治疗生物电子用于癌症治疗。

图11：植入式治疗生物电子用于神经系统疾病治疗。

图12：植入式治疗生物电子用于骨折修复、软骨再生以及体重控制。

图13：智能闭环柔性精准诊疗系统，其包括（1）用于柔性传感平台；（2）用于信号采集、处理和传输的数据电子平台；（3）柔性按需治疗平台。

该综述通过材料工程、器件设计以及疾病治疗机制介绍了可用于精准治疗的可穿戴和植入式生物电子。文章系统总结了柔性生物电子从可穿戴疗法（如治疗皮肤伤口、糖尿病、眼部疾病、肌肉疾病等）到植入式疗法（如治疗心律失常、癌症、神经系统障碍等）的医疗应用；最后，讨论了柔性生物电子在治疗方面迈向个性化医疗的未来发展趋势，以及相关的临床和商业转化的机遇和挑战，例如闭环治疗系统的开发和设计、器件灵敏度和特异性的提高、生物兼容性材料的设计、人工智能的应用以及最终的商业化。随着材料化学、医疗需求和市场驱动的快速发展，柔性生物电子正在广泛应用于多种治疗场景。解决当前柔性精准诊疗领域所面临的挑战需要来自不同科学、技术和医疗领域的协同努力，技术正在不断消除学科间的差异。通过深入研究临床级医学应用、先进数据处理技术、创新材料和结构以及集成技术，可穿戴和可植入精准诊疗有望与甚至超越传统药物治疗和外科手术干预。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c02513

王燕课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/yanwanglab

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（责任编辑：xu）

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