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X-Doctor

2024年，iCANX推出X-Doctor专栏，聚焦iCANX上独辟蹊径用科技创新改变世界的科学家和他们的科学发现，每期揭秘一位科学家和他/她的探索之路，独家报道、干货满满。欢迎大家一同感受科学的魅力，见证这些创新的力量。

第五期，X-Doctor将带你走近芝加哥大学王思泓教授，感受生物电子领域的魅力。

在科技的海洋中，有些人注定要成为引领时代的先锋。美国芝加哥大学王思泓教授，是一个标杆，他在生物电子领域的研究成果引领了科技的进步，开创了生物医疗设备的新篇章。他是《麻省理工科技评论》2020 年度全球“35 岁以下科技创新 35 人”榜单的上榜人物，其研究柔性电子材料和器件已有多年。

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王思泓团队的研究方向

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具体来讲，他的团队主要研究方向包括：

• 仿生聚合物电子：王思泓的研究主要集中在开发仿生聚合物电子，以及生物能量收集，以实现与人体和其他生物系统相互接口的可穿着和可插植设备。

• 人体接触生物传感器：他的研究团队主要研究了人体接触生物传感器（化学、力学、电气）。

• 免疫兼容电子聚合物和设备：王思泓的研究还涉及到免疫兼容的电子聚合物和设备。

• 可拉伸光电子：他领导了一项研究，开发了一种高度灵活且可拉伸的数字显示材料，可以发出荧光图案。

• 人工智能神经计算：王思泓的研究还包括神经模拟计算，以提高人工智能的性能。[1]

王思泓 的研究成果不仅推动了生物电子技术的发展，还为各种应用提供了新的可能性。他已发表了70篇在高影响力期刊上的同行评审文章，包括Nature, Science, Nature Materials, Nature Electronics, Matter, Nature Communications, Science Advances, Advanced Materials等。

2023年3月14日，王思泓博士受邀在Youth Talks上作题为《仿生聚合物电子学》的报告。扫码查看：

在本次演讲中，王思泓将介绍我们针对聚合物半导体的新分子设计、化学合成和物理处理概念，这些概念能够将多种仿生特性与先进的电子和光子功能结合起来。此外，在这些新材料的支持下，我们还创建了新的器件设计和制造工艺，用于构建前所未有的功能器件，包括可拉伸和生物粘附的生物传感器、可拉伸神经形态器件和可拉伸OLED，所有这些都同时实现了高性能和新的仿生特性。总之，我们的研究正在开拓新一代电子产品，从根本上改变人类与电子产品的互动方式。

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新型生物电子材料

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多年来，王思泓一直致力于应用于人体和生物体的新型电子和能源的材料与技术研究，在可拉伸电子学和纳米发电机等领域作出了多项开创性的工作。

他深知，生物电子设备在生物研究和健康监测中的重要性，尤其是在实时测量生物信号方面的高时空分辨率。他渴望能够找到一种方法，让生物电子设备与活体生物组织无缝集成，实现更为舒适且稳定的接口。

在生物电子设备的研究中，如何实现传感器与生物组织的稳定接口一直是一个挑战。传统的半导体材料与湿组织之间的粘附力较弱，限制了生物电子设备的稳定性和顺应性。为了解决这一问题，王思泓团队开发出一种新型生物电子材料，它具有生物粘附性，可以像胶带一样贴在心脏上，为生物电子设备在生物体内的应用开辟了新的可能。

图  用于基于电化学晶体管的组织界面的生物粘附聚合物半导体

这种新型生物电子材料采用了双网络结构设计，由生物粘附刷状聚合物和氧化还原活性半导体聚合物组成。这种设计使得材料不仅具有快速而牢固的粘附力，同时保持了较高的电荷载流子迁移率、良好的拉伸性和生物相容性。这意味着这种材料可以在与生物组织接触时，不仅不会引起免疫排斥反应，还可以随着组织的运动而灵活变形，保持设备的稳定性和持续性。

这一发现被发表在《Science》杂志上，引起了全球科学界的广泛关注。王思泓和他的团队成为了将生物相容性电子设备与活体生物组织集成领域的先驱。他们的研究成果不仅为生物电子设备的发展开辟了新的道路，也为生物研究和健康监测提供了更为精准和便捷的工具。

在此基础上，王思泓团队进一步制造了一种全生物粘附晶体管传感器。这种传感器可以在分离的大鼠心脏和体内大鼠肌肉上产生高质量和稳定的电生理记录。这一技术的突破为实时监测心脏等重要器官的生理活动提供了可能，对于心脏疾病的预防、诊断和治疗具有重要意义。

图  全生物粘附 OECT 传感器及其用于体外和体内电生理记录的用途

王思泓的研究并没有止步于此。他深知，只有不断地探索和创新，才能在科学的道路上走得更远。

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智能分析人体健康

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2022年，王思泓团队开发了一种新型的生物电子设备，该设备具有可穿戴、可拉伸的神经型态运算（neuromorphic computing）特性，可以直接在人体上使用。这种设备使用半导体材料制成，能够实时分析大量的健康数据，并通过人工智能技术进行即时分析。这种设备的开发有望革新个人化医疗领域，为人们的健康监测和管理提供更方便、更准确的方式。该研究成果发表在知名材料期刊《Matter》上。

此外，王思泓团队还开发出一种完全可拉伸的集成式电源，由摩擦电纳米发电机（TENG）、薄膜晶体管（TFT）整流器和超级电容器组成。这种电源旨在从人体广泛存在的组织/器官拉伸运动中获取机械能，从而为可穿戴、可植入式电子器件供能。该电源不仅实现了超过100%应变和组织状柔软度的可拉伸TENG，而且实现了组织/皮肤表面拉伸能量的高效收集、转换与存储。与已报道的拉伸能量收集器件相比，其输出功率密度实现了两个数量级的显著提高。

该研究不仅在开发可持续和生物相容的生物电子电源方面迈出了重要的一步，为未来柔性可穿戴/可植入电子设备投入实际应用提供了供电的新思路，而且将生物电子学与人体相结合用于医疗保健、可穿戴健康检测等应用，为人们的健康监测和管理提供了更方便、更准确的方式。

王思泓的研究成果不仅为学术界所瞩目，也为产业界带来了巨大的商业价值。许多公司纷纷与王思泓团队展开合作，共同开发基于这种新型生物电子材料的医疗设备。这些设备有望在心脏病、糖尿病、癌症等疾病的诊断和治疗中发挥重要作用，为人类的健康事业做出巨大贡献。

王思泓的故事是一个关于梦想、坚持和成功的励志故事。他用自己的科研成果证明了毅力和创新精神的力量，也激励着更多的人投身于科学研究的伟大事业中。在这个充满无限可能的时代里，我们期待着王思泓团队在未来能够带来更多的突破和惊喜，为人类的科技进步继续贡献力量。

下期预告

下一期，X-Doctor将走近港大学岑浩璋教授，感受一下他的微流控技术。

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