近日，成人影院 徐亚东与美国加州理工学院高伟教授团队在柔性生物电子与电化学传感方向取得重要进展。相关研究成果以“Strain-resilient intrinsically stretchable electrochemical biointerfaces”为题，在线发表于国际顶级学术期刊《Science》。我院助理教授徐亚东为论文第一作者，加州理工学院高伟教授为通讯作者。

该研究首次提出了一种通用型耐应变本征可拉伸电化学生物界面，即SIRES。该平台通过材料组成、界面结构和电化学传输过程的协同设计，在高达300%拉伸应变下保持高保真电化学输出，并兼容伏安型、电位型和安培型等多种检测模式。研究进一步展示了SIRES在可穿戴汗液监测和植入式动态组织分子检测中的应用潜力，为柔性生物电子器件在真实生理环境中的稳定运行提供了新的设计范式。

图1. 徐亚东文章发表于Science期刊

研究背景

柔性生物电子器件可与皮肤、心脏、胃肠道和伤口等软组织形成紧密界面，在连续健康监测、疾病预警和精准医疗中具有重要应用前景。近年来，柔性电子技术已在心电、肌电、体温和脉搏等物理信号监测方面取得快速发展。然而，面向分子标志物的连续电化学检测仍面临关键挑战。

真实人体组织处于持续动态形变环境中。皮肤牵拉、心脏搏动、胃肠扩张蠕动以及伤口组织重塑等过程，均会改变电极界面形貌、导电网络、离子传输和功能涂层稳定性。传统柔性电化学器件多依赖金属薄膜、刚性导电层或异质堆叠结构，在形变过程中容易出现裂纹、脱层和信号漂移。因此，面向真实应用的柔性电化学器件不仅需要具备机械可拉伸性，更需要在动态变形中保持稳定、准确的分子信号转导能力。

研究内容&创新点

构建耐应变本征可拉伸电化学生物界面

针对上述问题，研究团队提出SIRES平台，构建了由耐应变导体层、电学可调界面层和可拉伸功能涂层组成的全弹性体三层结构。其中，耐应变导体层用于维持稳定电子传输，电学可调界面层用于调控应变下的电机械耦合和界面电化学行为，可拉伸功能涂层用于承载酶、电化学介体、离子敏感材料等传感组分。不同于传统在柔性基底上集成刚性电极的设计，SIRES将导电、界面调控和功能传感层统一整合于弹性体体系中，实现了本征可拉伸和界面抗脱层。该结构使电化学界面能够在大幅机械变形下维持稳定的结构完整性和信号输出。

图2. SIRES系统概览与工作原理

揭示应变下电化学信号稳定机制

研究团队进一步揭示了SIRES的耐应变电化学机制。机械拉伸会同时引起电化学活性面积增加和导电网络电阻升高：前者有助于增强反应电流并降低电荷转移阻抗，后者则可能导致峰位偏移和信号衰减。SIRES通过调控材料组成和界面电阻，使这两类应变诱导效应在电路层面形成补偿，从而维持近似恒定的总电阻和稳定的电化学响应。

实现普适性多模态可拉伸电化学检测

为验证SIRES的通用性，研究团队构建了覆盖伏安型、安培型和电位型三类模式的可拉伸电化学传感器。平台可实现尿酸的伏安检测、葡萄糖的安培检测以及pH的电位检测，并进一步集成本征可拉伸参比电极和对电极，为完整可拉伸电化学系统的构建提供基础。结果表明，SIRES并非针对单一分子或单一检测方式的结构优化，而是一种具有普适性的耐应变电化学生物界面，可适配不同电化学反应机制和传感化学体系。

图3. SIRES多模态可拉伸电化学传感

拓展至可穿戴与植入式生物电子系统

在可穿戴应用中，研究团队将SIRES集成于可拉伸、透气汗带中，构建了用于汗液多模态分析的无线柔性生物电子系统。该系统可实时监测汗液中的葡萄糖、乳酸和pH，并在骑行、跑步、划船机和椭圆机等运动场景中保持稳定输出，展示了其在运动健康管理和个性化代谢监测中的潜力。

图4. SIRES可穿戴汗液监测系统

在植入式应用中，研究团队进一步展示了SIRES在胃、伤口、肠道和膀胱等动态组织环境中的分子检测能力。该平台可用于胃部膳食反应监测、胃漏检测、糖尿病伤口炎症分析、炎症性肠病相关乳酸检测以及膀胱肿瘤相关过氧化氢检测。同时，体内植入实验显示SIRES具有良好的生物相容性，为长期植入式监测应用奠定了基础。

图5. SIRES植入式动态组织分子监测

研究意义

该研究将柔性电化学生物电子的设计目标从“可拉伸”进一步推进到“耐应变信号转导”。SIRES通过材料、界面和电化学传输过程的协同设计，实现了动态形变条件下稳定、准确的分子检测，为柔性生物电子在真实生理环境中的长期运行提供了新的设计范式。

该工作揭示了应变下电化学信号稳定的新机制，即通过平衡活性面积变化、界面阻抗演化和导电网络电阻变化，实现高保真电化学输出。该机制为动态组织界面上的电化学传感行为提供了新的理解和调控思路。

从应用前景看，SIRES兼容多种电化学检测模式，并已在可穿戴汗液监测和植入式组织分子检测中得到验证。未来，该平台有望拓展至运动健康管理、慢病连续监测、术后并发症预警、伤口感染评估、胃肠道疾病监测、肿瘤微环境分析及闭环精准医疗等场景，为柔性生物电子器件从实验室原型走向真实医疗应用提供重要技术基础。

作者简介

徐亚东，现任成人影院 深圳研究生院研究员、助理教授、博士生导师，入选国家高层次人才计划青年项目。曾在美国加州理工学院医学工程系从事博士后研究。他本科毕业于四川大学材料化学专业，随后获得英国伦敦大学学院药物科学硕士学位，并于美国密苏里大学哥伦比亚分校获得化学工程博士学位。其长期致力于新一代生物集成电子技术研究，聚焦精准与个性化医疗中的关键临床需求，围绕柔性生物材料设计、可规模化制造、多模态可穿戴与植入式器件，以及人工智能赋能的数据分析与诊断，构建了从材料、制造到器件与智能诊疗的一体化研究体系。曾获国家优秀自费留学生奖学金、Outstanding Chemical Engineering PhD Student Award、Raymond White Dissertation Year Fellowship等奖励，现任Springer Nature旗下Discover Electronics编委。迄今已发表20余篇研究论文，以第一作者身份在Science,Nat. Nanotechnol.,Sci. Adv.,PNAS等期刊发表多篇研究成果，论文总引用2,000余次，相关研究受到Nature、Nature Nanotechnology、Matter等期刊以及《Scientific American》、《Science Daily》等逾百家媒体报导。目前课题组正在大力招收柔性电子、生物传感、可穿戴/植入式精准医疗设备、柔性功能材料、智能制造及AI健康诊断等方向的博士后和科研助理，欢迎材料、化学、物理、生物医学、机械、电子、人工智能等相关背景的申请人加入。感兴趣者可将个人简历及代表性成果发送至[email protected]，邮件主题注明“姓名-职位申请类型-所在单位”。

论文链接：science.org/doi/10.1126/science.aed1630