研究背景

最近，柔性/可拉伸生物电子学研究的进展为了解人体和提供其新功能开辟了新的方向。这些生物医学，不仅可以监测生物和生理信号，还可以为不治之症提供先进的治疗方法。然而，典型的刚性医疗设备显示出一些局限性，例如，由于设备和组织之间的机械不匹配，设备与组织的界面不完善，导致功能不可靠和组织损坏。为了克服这些限制，生物电子学的柔性形式已经引起关注，已经开发出调整设备的机电性能以匹配人体皮肤或器官表面。与传统的刚性设备相比，目前的柔性生物电子学通过保持其机械的柔软性，提供更稳定和精确的健康监测和治疗。最近，在结构设计和复合材料方面的各种策略，以形成灵活的生物电子学已被深入研究，以获得设备的低机械模量。设备的低机械刚度建立了与组织界面的共形接触，从而不仅防止任何刺激或组织损伤，而且从组织获得更准确和精确的信号。因此，生物医学领域的研究试图发现一些疾病的未知起源，并提出更具体或详细的治疗方法。此外，灵活的生物电子学的功能继续以动态和具体的方式在广泛的医疗保健领域扩展。为了保持灵活性，大多数生物电子产品是通过薄膜制造工艺制造的，形成基底层、功能电子层和封装层。每一层都应该被精心设计，以便根据目的或工作环境达到所需的电气或机械性能。特别是，随着应用范围的扩大，生物电子学的封装层越来越重要，因为封装的失败会导致设备故障，电流泄漏，甚至生物/机械组织损伤。

首先，封装层可以保护生物电子器件免受外部冲击和周围环境(力、颗粒、氧化、生物液体等)造成的器件损坏。不充分的封装会导致设备性能下降或意外的设备故障。为了让生物电子器件从组织或器官获得清晰可靠的信号或保持驱动，封装层应作为一个可靠的屏障来抵御周围环境。此外，超薄封装确保了受外部机械应变的柔性生物电子器件的性能。中性机械平面，或中性平面，是指在机械弯曲下，通过中和膨胀和收缩的力量而具有零应变的概念层。考虑到基材和封装材料的机械性能，可以通过调整这两层的厚度，将功能电子器件放在这个中性机械平面上。因此，无应变电子层可以在大的机械变形下保持其功能。

第二，围绕着设备最外层的封装通过形成粘附或接触层与组织直接接触。由于生物电子学应该是通过柔软的生物有机表面进行操作，接触界面在记录或刺激的情况下是至关重要的。这强调了封装层规格的重要性，如厚度、粗糙度或化学成分，从而使附着在组织上的生物电子器件提供稳定的功能。超薄的可穿戴电子设备可以通过范德华力或静电力附着在人体皮肤上，而植入式设备则通过氢键、阳离子-π相互作用等方式粘附在器官的潮湿表面。

第三，当将保形生物电子学与人类结合时，应仔细考虑生物医学的安全性。设备和组织之间的接口往往会引起机械或生物问题，如皮肤刺激、磨损、炎症或其他免疫反应。这要求生物电子学，特别是植入式设备，有一个由高度生物相容性材料组成的灵活/可拉伸的封装层。此外，植入式设备应通过生物相容性测试，如细胞毒性、致癌性和免疫反应测试来证明其生物安全性。

研究成果

第四，最近，通过灵活的生物兼容材料和电子设计的融合，生物电子装置得到了广泛的研究和发展，使人类保健的诊断和治疗更加精确，并开辟了扩展到各个领域的潜力，如临床医学和生物医学研究。为了建立一个准确和稳定的双向生物接口，保护其不受外部环境和高机械变形的影响对于可穿戴生物电子装置来说是至关重要的。在植入式生物电子器件方面，需要特殊的封装材料和优化的机械设计和配置，以提供电子稳定性和功能，以适应生物流体环境中的各种器官特性、寿命和功能。在此，韩国延世大学Ki Jun Yu教授等人以“Ultra-Thin Flexible Encapsulating Materials for Soft Bio-Integrated Electronics”为题撰写相关综述，发表在Advanced Science期刊上。主要介绍了使用新型材料的超薄封装的最新发展，这些材料可以通过支持安全和稳定以防止破坏和污染，以及优化生物电子系统在生理环境中的使用，保持甚至改善可穿戴和植入式生物集成电子的电气性能。此外，还介绍了最广泛使用的封装技术的材料、方法和特点，从而为最近开发的柔性生物电子产品的适当选择提供了战略选择。

图文导读

Figure 1. Encapsulation for wearable and implantable platform bioelectronics.

Figure 2. Stretchable encapsulation for wearable bioelectronics. 

Figure 3. Encapsulation with special properties for wearable bioelectronics.

Figure 4. Encapsulation for long-term implantable bioelectronics.

Figure 5. Encapsulation for bioresorbable implantable bioelectronics.

Figure 6. Encapsulation for stretchable implantable bioelectronics.

总结与展望

尽管有各种先进的生物电子封装策略，但局限性仍有待解决。长期稳定性是柔性生物电子学扩大其作为慢性设备的实际用途的最重要因素之一。作为一种慢性封装材料，一些无机物被引入了各种沉积工艺方法。然而，无机材料具有固有的高刚性，并涉及比有机材料更苛刻的沉积工艺。有机材料的硬度相对较低，涉及到简单的涂层方法，但它们显示出低阻隔性能。为了延长电子产品的使用寿命，无机/无机或无机/有机的多层封装方法已被引入，但它们仍然局限于确保有限时间的操作和封装性能的概念验证水平。通过材料科学的进步和创新的制造工艺，似乎有可能创造一种超长期的，甚至是半永久性的封装技术。此外，正如本评论所介绍的那样，通过向封装层赋予特殊的功能来进一步利用柔性电子器件的最外层的可能性是可以预期的。从电子学的角度来看，最外层的额外主动操作提供了许多设备利用的机会。从封装层的所有角度来看，应该仔细讨论一些伦理问题，因为即使有完美的封装层，在应用医疗设备之前也应该优先考虑人的问题。

文献链接Ultra-Thin Flexible Encapsulating Materials for Soft Bio-Integrated Electronics, DOI: 10.1002/advs.202202980