柔性電子材料與器件團隊
團隊介紹：
自然界和生物體中廣泛存在着電學現象，在多種電興奮組織（如神經、心肌、骨骼肌等）中，存在着導電網絡和生物電信号，其在器官發育和疾病進展中發揮着重要的作用。因此，需要對這些生物電現象及其作用機制進行研究，并通過工程化方法，以穿戴或植入的方式調節、監測或改善組織、器官和人體的功能。甚至，可以開發功能性的工程化組織和類器官，作為新型、非動物模型的體外組織/器官模型來研究各種生理行為（如發生、發育、分化、疾病進展和藥物響應等）的生物學機制，或者用于移植修複體内受損的電興奮組織。近年來，研究者通過開發導電生物材料進行上述生物醫學工程應用研究。然而，為了能夠與組織、器官和人體在物理和生物上相容，研發生物相容性優良的柔性電子材料成為關鍵，并且需要盡可能兼顧其他微環境（如生化和結構等）因素，這使得其開發、制備和應用研究面臨諸多挑戰，亟需研發具有優異性能的柔性電子材料及其制備方法和平台，探索其在1）體外類器官模型構建和生理行為研究；2）可穿戴/植入式生理信号監測和幹預；3）體内電興奮組織/器官修複方面的應用，并揭示材料研發和應用探索過程中涉及到的生物學和力學機制。
研究方向：
1）柔性電子材料及其制備平台；
2）類器官的體外構建及功能研究；
3）可穿戴/植入式健康監測和幹預器件；
4）電興奮組織/器官的體内修複。
誠邀生物醫學工程、生物材料、柔性電子、微流控、神經生物學、神經工程、生物力學等方面的研究者加入!
聯系方式：wangdong@hainanu.edu.cn
科研工作展示：
（1）三維柔性超微電極陣列對腦類器官神經網絡電生理記錄與解析研究
人腦組織很難獲得且涉及到倫理問題，使得很多神經疾病研究和藥物研發停滞不前。腦類器官（Brain organoids）的出現使得研究者能夠用全新方式對人腦發育及神經系統疾病等重要問題進行研究。目前，腦類器官的研究還處于初級階段，所培養的腦類器官隻具有大腦胚胎發育初期的部分特征，開展研究也局限于形态學、細胞分型、分子标志物等方面。電生理記錄和分析是對各類神經細胞和組織的功能性進行研究的“金标準”，因此需要開展神經電生理功能性研究。在三維腦類器官中，神經網絡的形成和發育是目前尚未解決的關鍵科學問題，而如何進行電生理信号的立體、精确、持續、穩定監測是核心技術難點。聚焦該關鍵科學和技術問題，以柔性神經電極和類腦-機接口（Brain Organoids-Computer Interface, BOCI）為核心，通過分析腦類器官中的動态變化現象及規律，指導柔性超微電極陣列的設計和制備，監測腦類器官的電生理信号，重點考察細胞與超微電極之間的界面相互作用機理及調控機制，以及多位點電信号的時空差異和影響機制，揭示腦類器官在網絡水平上的神經電生理發育特性及規律，為腦類器官神經元網絡形成及發育過程的研究提供新的思路、理論依據和技術方案，并促進腦類器官在神經系統發育和精神疾病的緻病機理研究方面的應用。
“柔性超微電極@腦類器官共同體”方案對腦類器官神經網絡電生理研究
大腦皮層類器官組織切片免疫熒光染色成像照片
（2）導電水凝膠柔性電極
與相關課題組合作，開發了一種聚（Cu-芳基乙炔）與聚(N-異丙基丙烯酰胺)互穿網絡水凝膠poly(Cu-NIPAm)，該水凝膠以Cu-芳基炔化物為主鍊，呈現出優異的本征導電、抗溶脹、抗菌、生物相容性，并展示了其用于體表應力傳感、肌電、體表心電，植入式心外膜心電圖記錄、以及以神經導管形式進行神經信号傳導的優異性能和開發潛力。
poly(Cu-NIPAm)水凝膠及其應用示意圖【Adv. Funct. Mater. 2022, 2208024】
（3）各向異性導電纖維用于心肌組織修複
電興奮組織的體外構建和體内修複具有重要意義，并且在研究方法和應用策略上具有一定共通性。其中，心血管疾病是緻死率最高的疾病，導緻患者生活質量下降和巨量國民經濟損失，發病率高且病情兇險的心肌梗死會導緻局部心肌功能缺失和導電網絡受損，因此通過生物材料或者工程化心肌組織改善梗死心肌功能具有重要臨床意義。因此，基于柔性導電纖維材料開發了工程化心肌組織構建的平台，成功構建出定向生長的功能化心肌組織，進一步施加電刺激，證明了導電性、有序纖維形貌以及電刺激這三種仿生微環境因素對心肌組織功能蛋白表達和搏動能力的促進作用。并且，基于具有各向異性表面形貌和各向同性力學性質的導電纖維材料，在移植中将導電材料與在體心肌組織的各向異性導電方向相匹配，實現了各向異性電學微環境的仿生修複，驗證了各向異性導電的纖維生物材料在改善梗死心髒功能中的較優作用，并初步揭示了其通過降低心律不齊發生率和促進微血管新生實現修複作用的機制。
各向異性導電纖維用于心肌組織修複
【Acta Biomaterialia 139 (2022) 190–203；Progress in Polymer Science 131 (2022) 101573】
