柔性电子材料与器件团队
团队介绍：
自然界和生物体中广泛存在着电学现象，在多种电兴奋组织（如神经、心肌、骨骼肌等）中，存在着导电网络和生物电信号，其在器官发育和疾病进展中发挥着重要的作用。因此，需要对这些生物电现象及其作用机制进行研究，并通过工程化方法，以穿戴或植入的方式调节、监测或改善组织、器官和人体的功能。甚至，可以开发功能性的工程化组织和类器官，作为新型、非动物模型的体外组织/器官模型来研究各种生理行为（如发生、发育、分化、疾病进展和药物响应等）的生物学机制，或者用于移植修复体内受损的电兴奋组织。近年来，研究者通过开发导电生物材料进行上述生物医学工程应用研究。然而，为了能够与组织、器官和人体在物理和生物上相容，研发生物相容性优良的柔性电子材料成为关键，并且需要尽可能兼顾其他微环境（如生化和结构等）因素，这使得其开发、制备和应用研究面临诸多挑战，亟需研发具有优异性能的柔性电子材料及其制备方法和平台，探索其在1）体外类器官模型构建和生理行为研究；2）可穿戴/植入式生理信号监测和干预；3）体内电兴奋组织/器官修复方面的应用，并揭示材料研发和应用探索过程中涉及到的生物学和力学机制。
研究方向：
1）柔性电子材料及其制备平台；
2）类器官的体外构建及功能研究；
3）可穿戴/植入式健康监测和干预器件；
4）电兴奋组织/器官的体内修复。
诚邀生物医学工程、生物材料、柔性电子、微流控、神经生物学、神经工程、生物力学等方面的研究者加入!
联系方式：wangdong@hainanu.edu.cn
科研工作展示：
（1）三维柔性超微电极阵列对脑类器官神经网络电生理记录与解析研究
人脑组织很难获得且涉及到伦理问题，使得很多神经疾病研究和药物研发停滞不前。脑类器官（Brain organoids）的出现使得研究者能够用全新方式对人脑发育及神经系统疾病等重要问题进行研究。目前，脑类器官的研究还处于初级阶段，所培养的脑类器官只具有大脑胚胎发育初期的部分特征，开展研究也局限于形态学、细胞分型、分子标志物等方面。电生理记录和分析是对各类神经细胞和组织的功能性进行研究的“金标准”，因此需要开展神经电生理功能性研究。在三维脑类器官中，神经网络的形成和发育是目前尚未解决的关键科学问题，而如何进行电生理信号的立体、精确、持续、稳定监测是核心技术难点。聚焦该关键科学和技术问题，以柔性神经电极和类脑-机接口（Brain Organoids-Computer Interface, BOCI）为核心，通过分析脑类器官中的动态变化现象及规律，指导柔性超微电极阵列的设计和制备，监测脑类器官的电生理信号，重点考察细胞与超微电极之间的界面相互作用机理及调控机制，以及多位点电信号的时空差异和影响机制，揭示脑类器官在网络水平上的神经电生理发育特性及规律，为脑类器官神经元网络形成及发育过程的研究提供新的思路、理论依据和技术方案，并促进脑类器官在神经系统发育和精神疾病的致病机理研究方面的应用。
“柔性超微电极@脑类器官共同体”方案对脑类器官神经网络电生理研究
大脑皮层类器官组织切片免疫荧光染色成像照片
（2）导电水凝胶柔性电极
与相关课题组合作，开发了一种聚（Cu-芳基乙炔）与聚(N-异丙基丙烯酰胺)互穿网络水凝胶poly(Cu-NIPAm)，该水凝胶以Cu-芳基炔化物为主链，呈现出优异的本征导电、抗溶胀、抗菌、生物相容性，并展示了其用于体表应力传感、肌电、体表心电，植入式心外膜心电图记录、以及以神经导管形式进行神经信号传导的优异性能和开发潜力。
poly(Cu-NIPAm)水凝胶及其应用示意图【Adv. Funct. Mater. 2022, 2208024】
（3）各向异性导电纤维用于心肌组织修复
电兴奋组织的体外构建和体内修复具有重要意义，并且在研究方法和应用策略上具有一定共通性。其中，心血管疾病是致死率最高的疾病，导致患者生活质量下降和巨量国民经济损失，发病率高且病情凶险的心肌梗死会导致局部心肌功能缺失和导电网络受损，因此通过生物材料或者工程化心肌组织改善梗死心肌功能具有重要临床意义。因此，基于柔性导电纤维材料开发了工程化心肌组织构建的平台，成功构建出定向生长的功能化心肌组织，进一步施加电刺激，证明了导电性、有序纤维形貌以及电刺激这三种仿生微环境因素对心肌组织功能蛋白表达和搏动能力的促进作用。并且，基于具有各向异性表面形貌和各向同性力学性质的导电纤维材料，在移植中将导电材料与在体心肌组织的各向异性导电方向相匹配，实现了各向异性电学微环境的仿生修复，验证了各向异性导电的纤维生物材料在改善梗死心脏功能中的较优作用，并初步揭示了其通过降低心律不齐发生率和促进微血管新生实现修复作用的机制。
各向异性导电纤维用于心肌组织修复
【Acta Biomaterialia 139 (2022) 190–203；Progress in Polymer Science 131 (2022) 101573】
