近日，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院江蘇省生物材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳怡副教授聯(lián)合悉尼大學(xué)程文龍教授與顧寧院士團(tuán)隊(duì)，在國際頂級綜合性學(xué)術(shù)期刊Science Advances發(fā)表題為“Morphology-adaptive Au?Ag Nanowire Elastronics for Integrated FlexoSERS and Bioelectrical Sensing”（形貌自適應(yīng)Au?Ag納米線電子彈性體賦能柔性SERS和生物電子集成式傳感）的研究論文，提出了一種形貌自適應(yīng)的簇狀納米線序構(gòu)材料，構(gòu)建了在多維度結(jié)構(gòu)上的可規(guī)?；蓚鞲衅脚_，并同時(shí)具備增敏光學(xué)檢測（SERS）與生物電信號采集性能，為新一代多模態(tài)可穿戴健康監(jiān)測器件與人機(jī)交互技術(shù)提供了可編程式設(shè)計(jì)的核心傳感材料基礎(chǔ)。

面向健康監(jiān)測與疾病診斷的柔性生物傳感技術(shù)，正為精準(zhǔn)健康管理、個(gè)性化干預(yù)及智能人機(jī)交互提供關(guān)鍵支撐。近年來，基于低維納米材料構(gòu)建的高性能傳感界面，使復(fù)雜生命體系中的生理生化信息得以高靈敏、高選擇性解析，推動可穿戴與植入式器件向原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測方向加速轉(zhuǎn)化。在眾多生理信號中，心電（ECG）、肌電（EMG）等電生理信號能夠?qū)崟r(shí)反映組織興奮性與節(jié)律狀態(tài)，是智能醫(yī)療設(shè)備的重要信息來源。然而，單一電信號難以全面反映復(fù)雜生理與病理過程。尤其在動態(tài)健康評估場景中，對汗液、唾液等體液中痕量生物標(biāo)志物的高靈敏檢測同樣不可或缺。如何在同一柔性平臺上實(shí)現(xiàn)電生理與分子信息的協(xié)同獲取，成為多模態(tài)生物電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

近年來，表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）技術(shù)因其無標(biāo)記、高分子特異性和超高靈敏度，在微量生物流體分析中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。理論上，若能將SERS與電生理檢測集成于同一柔性器件中，便可實(shí)現(xiàn)跨尺度、多維度的生理狀態(tài)綜合解析。然而，傳統(tǒng)SERS基底多為剛性無機(jī)材料、對形變高度敏感，而常規(guī)電生理電極依賴導(dǎo)電凝膠，難以長期穩(wěn)定工作，兩類功能在材料體系與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面長期難以兼容。

針對這一關(guān)鍵挑戰(zhàn)，本工作提出了一種形貌自適應(yīng)的簇狀A(yù)u–Ag納米線陣列柔性傳感平臺，實(shí)現(xiàn)了SERS光學(xué)檢測與穩(wěn)定電生理信號采集在多維結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一集成。研究采用一種無需高溫處理和復(fù)雜轉(zhuǎn)移步驟的模板引導(dǎo)自組裝策略，將高度序構(gòu)的Au–Ag納米線陣列直接構(gòu)筑在1D針狀結(jié)構(gòu)、2D彈性薄膜以及3D多孔海綿等不同形貌基底上，使同一材料體系能夠適配多種應(yīng)用場景。在二維彈性基底上，該納米線陣列構(gòu)建了兼具高靈敏度和高一致性的柔性SERS界面，即使在100%拉伸應(yīng)變或2500次反復(fù)拉伸后，拉曼信號仍保持穩(wěn)定，展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)魯棒性和形變不敏感特性。在3D多孔結(jié)構(gòu)中，該陣列進(jìn)一步作為無凝膠干式生物電極，實(shí)現(xiàn)了長期穩(wěn)定、高信噪比的ECG和EMG采集。基于連續(xù)心電信號，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合深度學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)了對睡眠與清醒狀態(tài)的準(zhǔn)確識別，展示了該平臺在智能睡眠評估中的應(yīng)用潛力；同時(shí)，高靈敏度的肌電信號還可精準(zhǔn)捕捉手指彎曲、鍵盤敲擊和鼠標(biāo)點(diǎn)擊等細(xì)微動作，為非侵入式人機(jī)交互提供了新的信號通道。該研究通過統(tǒng)一的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，打通了柔性SERS光學(xué)傳感與電生理監(jiān)測在1D–3D多形貌基底上的集成路徑。

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審核編輯 黃宇