生物电子器件作为一种新兴的医疗工具，在健康监测、医学诊断、医学治疗、生命科学研究等方面提供了重要的机会。然而，生物电子器件器件的实用化面临着如下挑战：首先，现有的生物电子器件无法避免非特异性作用，在复杂的生物环境中产生的生物污染会阻碍其与靶向目标物的电耦合；其次，器件封装层较高的杨氏模量会导致其与生物组织模量不匹配，易诱发炎症反应；同时，器件较差的顺应性难以在不规则生物表面高适形贴附，进而造成信号损失。为了解决上述问题，需从材料设计出发，研制具有抗生物污染及高柔性、高顺应性的有机电子材料，以制备新型生物电子器件阵列。

图1 具有抗非特异性蛋白作用、细胞选择性电偶联、柔软性和机械顺应性的仿生OECT阵列。(a)仿生器件设计示意图。(b)从水中取出的仿生OECT阵列的光学照片。(c)仿生 OECT阵列贴合人体内手腕的光学照片。(d)细胞在仿生OECT阵列上培养的光学照片，细胞仅附着在RGD功能化的两性离子PEDOT沟道上。

  近期，博士生张守燕和钱思昊为第一作者，朱波教授团队与王林军、黄健教授团队，以“Intrinsically Antifouling, soft and conformal bioelectronic from scalable fabrication of Thin-Film OECT arrays by zwitterionic polymers”为题在《Chemical Engineering Journal》上发表研究文章。该团队基于目前生物电子器件实用所面临的技术瓶颈，以两性离子功能化有机电子材料为基础，发展了基于两性离子功能化有机电子材料的光刻制造工艺，研制出仿生有机电化学晶体管（OECT）器件阵列（图1）。该器件可在全表面表达两性离子基团，具有强亲水性，有效抵御蛋白、细胞等生物污染；同时在保证器件工作性能的基础上，水合两性离子聚合物产生的强大毛细力可驱动器件在非平面表面上适形贴合，兼具高贴合性与低模量。该仿生OECT器件可在白细胞干扰物存在下与心肌细胞高选择性电偶联，同时也可与皮肤高适形贴合并抵御表皮油脂的污染，实现对心电图（ECG）密切稳定监测。该工作可以为高生物抗污高柔性有机电子器件的制备提供普适性平台，促进生物电子器件阵列在现实生活中的实际应用。

  该工作的具体研究内容如下：

  首先，通过设计和优化制备仿生柔性OECT阵列的工艺流程，成功获得了以两性离子磷酸胆碱功能化的聚对二甲苯（PMPC-Parylene）为封装层，以磷酸胆碱功能化3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT-PC）和羧酸功能化3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT-COOH）共聚物为防污沟道，以及耦合生物识别多肽RGD的具有防污和识别目标细胞的仿生沟道的18阵列柔性OECT器件（图2）。

图3. OECT（PEDOT:PSS沟道，防污沟道和RGD功能化沟道）的电性能和生物防污性能。(a)输出曲线；(b)传递曲线（黑色）和相应的跨导（红色）； (c)响应时间；(d)电化学阻抗图；(e)不同沟道在荧光蛋白溶液中孵育30分钟后的荧光显微镜图以及对应的(f)转移曲线和跨导；(g)白细胞在沟道上培养12 h的光学显微镜图以及对应的(h)转移曲线和跨导。

图4.聚对二甲苯（Parylene）和两性离子功能化聚对二甲苯（PMPC-Parylene）封装的柔性OECT阵列润湿驱动顺应性、柔软性和界面贴附性；(a)水滴在器件上浸润性能；(b)从水中取出器件后的变形性；(c)在圆形沟槽（半径= 1.5 mm）的适形贴合性；(d) AFM测试器件阵列表面的毛细粘附力；(e)器件阵列的表面杨氏模量。

图5. 仿生OECT阵列的细胞选择性作用和电偶联。(a) PEDOT:PSS沟道、(b)防污沟道和(c) RGD沟道捕获的MCF-7细胞（绿色）和白细胞（红色）的荧光显微镜照片（上），以及相应转移曲线（下）；(d) PEDOT:PSS沟道和(e) RGD沟道上捕获的HL-1细胞（绿色）和白细胞（红色）的荧光显微镜照片(左)以及对应的记录的HL-1细胞具有代表性的尖峰痕迹(右)。

图6.仿生OECT阵列与皮肤紧密稳定的电耦合。(a) OECT阵列检测心电图的接线示意图；(b)贴附在皮肤的OECT阵列的光学照片；(c) 18沟道OECT阵列记录的心电信号；(d) PEDOT:PSS沟道和仿生沟道检测心电信号前（右）和检测后用水冲洗（左）的光学显微镜照片；(e) PEDOT:PSS沟道和防污沟道记录的信号 （左）与检测后用水冲洗脂质污垢后再次记录的心电信号（右）；(f) 检测后用水冲洗脂质污垢后再次记录的尖峰信号的放大图。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148980