《AFM》：湿粘弹性体用于液态金属基适形表皮电子器件

       可穿戴电子设备越来越多地用于不同情况下的健康监测和治疗。然而，很少有设备能在运动和淋浴后(出汗、变形、摩擦)与皮肤粘附而不变形。近日，南方科技大学微流控-生物材料实验室与国家纳米科学中心施兴华教授等人合作提出了一种简便的方法，利用聚乙二醇(PEG)混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶粘剂(PPA)制备金属聚合物导体(MPC)，将镓基液态金属合金电路封装为表皮电子器件。在PDMS预聚物中加入PEG可以得到比PDMS本身承受更大变形的、更柔软的湿粘弹性体。柔软的可粘接电子产品可与皮肤适形粘接达2天以上。实验证明，这些电子器件能够满足运动和淋浴48小时穿戴时的运动检测、电生理信号检测和皮肤伤口愈合的需求。

       作者预计这种具有优良生物安全性的湿粘电子产品将得到广泛应用，解决医用胶粘剂和人机界面存在的问题。相关工作以“Wet-Adhesive Elastomer for Liquid Metal-Based Conformal Epidermal Electronics”为题发表在3月18日的《Advanced Functional Materials》。

图1. PPA和PPA- MPC电子设备示意图

图2. PPA的机械性能及附着力

【文章要点】

一、PPA的制备及表征

       为防止溶剂不受控制的蒸发所造成的缺陷，提高弹性体的力学性能，选用了分子量分别为200、400和600的室温液态PEG寡聚体。研究者研究了添加不同比例PEG低聚物的粘接剂的模量(图2a)、断裂伸长率(图2b)和对前臂皮肤的粘接力(图2c)。当相对量相同时，PEG-600组的模量较低，断裂伸长率较高，附着力较高。最大添加量时，弹性体的模量和粘结力似乎相同，分别为30 kPa和0.9 N cm−1。

       将PPA贴附于前臂皮肤，剥离后进行皮肤附着试验。将刚固化的PPA和放置14 d的PPA分别贴附在前臂皮肤上，并测试各组剥离力，以测试室温下PPA粘附性能的保留效率。刚固化的PPA的剥离力为0.87 N/cm，两周前固化的PPA的剥离力为0.54 N cm−1(图2e)。测试了不同附着时间下PPA的剥离力。48 h后，附着力从0.9 N cm−1略微下降到0.63 N cm−1(图2f)。最后进行了循环粘附剥落试验。粘连剥离40次后，粘连力仍大于0.5 N cm−1，表明PPA连续剥离后仍可作为表皮粘接剂使用(图2g)。

图3. PPA-MPC电子器件性能及PPA-MPC粘接应变传感器的运动检测

二、用于运动检测的PPA-MPC粘接式应变传感器

对于应力-应变曲线，PPA-MPC电子器件显示出比PDMS-MPC明显更低的模量和更高的伸长率(图3a)。测试了不同应变下电阻的变化，应变传感器的应变分别为20%、40%、60%、80%，具有较高的精度和线性度(图3b)，显示了其在连续精确传感方面的巨大潜力。该应变传感器被拉伸至50%，循环1000次，以表征其耐久性。显然，它可以承受这种连续的变形，并且在整个过程中保持一个稳定的电阻(图3c)，这意味着应变传感器能够长期的运动监测。将应变传感器连接到肘部和膝盖皮肤上，并以不同的速度连续弯曲(图3d,g)。该自粘式应变传感器能够保持稳定的粘接，变形与皮肤保持一致。36小时后，再次执行相同的任务。在这段时间里，除了日常工作外，研究者做了一个小时的运动，洗了两次30分钟的淋浴。结果显示，佩戴36小时后，应变传感器仍能适形附着在皮肤上，并实时显示关节的运动(图3e,f,h,i)。

       原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202200444

《ACS Nano》：基于纳米纤维的柔性电子导管用于体内清除循环肿瘤细胞

       清除外周血中与肿瘤转移和复发密切相关的循环肿瘤细胞(CTCs)有助于降低肿瘤复发和转移的概率。然而，传统的旨在杀死CTCs的治疗方法往往会对正常的血细胞、组织和器官造成损伤。近日，南方科技大学微流控-生物材料实验室报道了一种柔性电子导管，它可以通过不可逆电穿孔(IRE)高效地捕获和杀死CTCs。柔性电子导管由纳米纤维(NFs)与液态金属聚合物导体(MPC)电极组装而成。用上皮细胞粘附分子(EpCAM)抗体修饰NFs，以提高特异性生物识别和细胞粘附能力。导管可反复筛查全身血液，纳米纤维上的EpCAM抗体可使CTCs富集到导管表面。利用高比表面积，这种基于NFs的导管在CTCs中的捕获效率比以前报道的研究高25倍。此外，每mm2导管非特异性捕获的白细胞数量小于10个，而原来的4-11 × 106 mL-1全血数量较多，显示了柔性电子导管良好的特异性。柔性和生物相容性的MPC电极对兔模型中捕获的CTCs具有100%的杀灭效率。此外，未见明显血液学指标及血管及主要器官形态变化，说明该电子导管具有良好的生物相容性。这种功能性电子导管为提高临床肿瘤治疗效率提供了一种新的替代策略。相关工作以“Flexible Electronic Catheter Based on Nanofibers for the In Vivo Elimination of Circulating Tumor Cells”为题发表在3月18日的《ACS Nano》。

方案1. 使用柔性电子导管在体内富集和消除CTCs的示意图

图2. 治疗用导管对癌细胞的体外捕获和杀伤性能

【文章要点】

一、柔性电子导管的体外试验

       根据研究者的设计，具有微米孔隙的网络结构可以扩大比表面积，使CTCs有很高的捕获概率(图2A)。最终结果表明，MPC/ NF导管可有效捕获55.2%的HepG2细胞。利用高表面积、高孔隙率和靶区富集的优点，NF基导管用于CTCs的捕获效率比之前报道的高25倍(图2D,E)。此外，研究了CTCs致死的电压。HepG2细胞在不同电压(50、100、200 V)作用10 ms。CCK-8染色分析显示，随着电压升高，细胞活力下降，在200 V时细胞几乎死亡(图2F)。annexin V-FITC/碘化丙啶染色分析显示，IRE引起的凋亡是HepG2细胞死亡的主要原因(图2G)。这些结果证实了本方法的可行性，并表示了IRE作用在临床CTC治疗中的潜在应用。

图3. MPC/ NF导管体内CTC捕获能力的评价

二、柔性电子导管的体内试验

       研究者建立了基于MPC功能化和NF功能化静脉留置导管的体内CTC清除系统(图3A、B)。使用新西兰兔模型进一步测试性能。捕获的HepG2细胞经免疫染色鉴定为DAPI+/ PE-CD45 – / FITC-CK +。在1、2、3只家兔上分别捕获HepG2细胞2580、2192和1908个。无EpCAM特异性抗体的导管作为对照；分别从4、5和6只家兔中捕获18、32和48个HepG2细胞(图3C、D)。HepG2的捕获效率比之前报道的高11倍。MPC/NF导管的非特异性捕获WBCs的数量小于10个/mm2，而原来MPC/ NF导管的全血数量为4-11 × 106 mL-1，显示了MPC/NF导管的良好特异性。HepG2细胞富集后，在电极上施加200 V电压10 ms进行细胞杀伤。AO和PI成本法显示，MPC/NF导管可以使IRE杀死所有捕获的细胞，杀伤效率为100%(图3E,F)，表明具有良好的体内清除CTCs能力。

       原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09807

本文转载自：高分子科学前沿公众号

       为响应学校号召，做好开学前准备工作。2月7日下午，生物医学工程系系主任蒋兴宇讲席教授、副系主任吴长锋教授，在系安全员邓丹丹陪同下，对生物医学工程系实验室进行了全面检查。

       生物医学工程系科研实验室分布于工学院南楼一、五、六、七层及创园8栋3楼，共有课题组22个，实验室约30间。蒋兴宇讲席教授和吴长锋教授依次走访了每个课题组实验室，针对实验室安全、卫生、消防安全等安全隐患进行了检查和提醒，并对已经回校和寒假一直在校工作学习的师生进行了亲切问候。

       由于仍在寒假期间，实验室工作人员较少，蒋老师特意指出：实验室中通电仪器能关机的尽量关机，以防有安全隐患；对于一些短时用不上的加热设备，要求相应科研人员关闭用电；部分实验室因假期工作时间短，安全日志填写欠及时，这些常规性的工作应注意及时完成；针对化学品安全方面，对于管制类化学品柜加了双锁的实验室，其钥匙需进行专门保管。 除此之外，在此次检查中，还发现有部分老师办公室玻璃破裂，报修之后还未及时更换的情况。考虑到碎玻璃可能有高空坠落砸人的风险，应再次督促物业进行更换玻璃前的安全预处理。

       经过本轮实验室安全检查，我系做到了对各实验室安全情况心中有数，并为即将到来的开学开工做好了前期安全准备。

采写：邓丹丹

      2021年12月27日至31日，第二十&二十一届国际机器人与仿生学大会（The 20-21th International Conference on Robotics and Biomimetics，IEEE-ROBIO 2021）在中国海南三亚举行。来自美国德克萨斯州立大学、德国慕尼黑工业大学、日本千叶工业大学、日本大阪大学、意大利技术研究院、清华大学、香港大学、上海交通大学、南方科技大学、南开大学、东北大学、中科院沈阳自动化研究所等20多个国家的知名高校与企业专家学者共计近三百代表参加了本次线上和线下会议。

      我校生物医学工程系张明明助理教授团队博士后苗青的一篇论文被IEEE-ROBIO 2021接收，张明明助理教授受邀现场参加了本次国际会议并进行了宣读。该论文的主题为“Improving Human-Robot Interaction Safety through Compliant Motion Constraints in Bilateral Upper Limb Rehabilitation”。经过国内外专家认真、公平、公正地评选，该文在数百篇学术文章中脱颖而出，荣获本次大会的T.J. Tran最佳机器人论文提名奖。

      据悉，IEEE-ROBIO国际会议是机器人领域内的顶级学术会议之一，每年举办一届，至今已成功举办了二十一届。自2004年在中国沈阳开始，先后在中国台湾普吉岛、泰国曼谷、印度尼西亚巴厘岛、马来西亚吉隆坡等城市举行。本次参会，张明明助理教授作为通讯作者，在汇报环节与参会人员进行了热烈的讨论与深入的交流，得到众多与会专家学者的关注与赞许，充分展现了团队研究成果在机器人领域的学术影响力。

       为推进机器人人机共融领域发展、聚焦机器人交互关键技术及医工应用，由南方科技大学生物医学工程系脑—机器人康复技术实验室主办的“2022年南方科技大学机器人交互技术及医工应用高端系列论坛”于2022年1月11日-13日圆满召开。

       加拿大工程院院士孟庆虎、中科院深圳先进技术研究院集成技术研究所副所长吴新宇、南方科技大学机械与能源工程系系主任融亦鸣、生物医学工程系系主任蒋兴宇，以及来自国内机器人领域专家学者参加活动。会议采用线上线下相结合的方式举行。

       本次论坛由中国科学院院士段广仁等知名专家进行战略指导，孟庆虎院士、吴新宇教授、融亦鸣讲席教授、蒋兴宇讲席教授担任共同荣誉主席，南方科技大学脑—机器人康复技术实验室主任张明明助理教授担任论坛执行主席。 会议共邀请了16位机器人交互技术及医工应用领域的著名专家做主题演讲，旨在搭建一个未来人机交互发展的交流平台，线上总参会人数达800余人次。

系列论坛 I

       1月11日为本次论坛的第一场系列论坛。会议开始，由论坛两位荣誉主席孟庆虎院士及蒋兴宇讲席教授致开幕词，对此次论坛进行了肯定，并预祝活动圆满举行。 论坛执行主席张明明助理教授对与会专家学者、老师和同学表示欢迎，并就南方科技大学脑—机器人康复技术实验室的科研工作进行了全面汇报。希望通过本次论坛，能够促进机器人交互技术及医工应用领域等方面的交流与进步。

       随后，各嘉宾进行主题报告。系列论坛I由南方科技大学张明明教授和中国科学院深圳先进技术研究员徐天添教授联合主持。 程龙教授、徐昕教授、付俊教授分别就手康复机器人设计、人机协同驾驶、确定性动态优化与非线性控制主题开展报告。刘华平教授、赵新教授、王贺升教授就分别就机器人多模态主动感知、机器人化克隆技术、机器人定位导航主题进行了学术报告。

系列论坛 II

       1月12日为第二场系列论坛。论坛荣誉主席、中国科学院深圳先进技术研究院研究员、国家杰青吴新宇教授致开幕词。

       系列论坛II由张明明助理教授和付成龙教授联合主持。 刘连庆教授、陈谋教授、裴海龙教授分别就人机共融、无人机决策、涵道风扇无人机系统主题开展报告。兰旭光教授、熊蓉教授就分别就机器人自主作业与协作、人机知识传递主题进行了学术报告。

系列论坛 III

       1月13日为第三场系列论坛。张明明助理教授致谢。他向各位专家的到来和指导、向与会的各位嘉宾表示感谢。

       系列论坛III由张明明助理教授和宋嵘教授联合主持。李贻斌教授、王龙教授、韩建达教授、方勇纯教授、刘洪海教授分别就腿臂协作机器人 、智能决策、脑功能疾病智能诊断、仿生蛇形机器人、多模态人机交互等主题进行了学术报告。

       本次论坛促进了机器人人机共融领域最新研究成果的交流，增强了相关学科领域的交叉与融合，吸引了众多具有不同学科背景和研究专长的学者与会研讨。 在为期三天的论坛中，会议共听取了16个主题报告，演讲专家和与会嘉宾展开了开放性、针对性的学术探讨。进一步深化了机器人交互关键技术及医工应用领域的交流与合作。

采写：林维聪

编辑：肖然

       2022年1月16日，生物医学工程系刘泉影课题组年终活动——The Best Paper in 2021学术沙龙在我校会议中心举行（线上线下同时进行）。会议邀请了北京大学的鲍平磊老师、中科院先进院的鲍进老师、澳门大学的伍海燕老师、腾讯AI lab的卞亚涛老师作为点评嘉宾参加，并与同学们交流研究成果。

刘泉影老师致辞

       刘泉影老师对与会嘉宾的到来表示欢迎和感谢。并对参加The Best Paper的同学提出要求，希望同学们通过10分钟的演讲，能重点突出论文主旨、总体框架以及创新性。鼓励同学们在此次活动中，积极分享自己的所学所想。

现场提问和点评

       会议分为上午/下午两场进行，来自刘泉影课题的博士后、科研助理以及研究生共21人参加报告，学术报告思维清晰、条理明了，充分展示了南科大人的高水平科研能力以及超强的学术报告水平。

口头汇报环节

       点评嘉宾充分肯定了本次活动的意义和必要性，并就每一位同学的Paper都提出了具体意见和建议。学生们也都纷纷表示受益匪浅，通过激烈的角逐，最终评选出技术流和科学流最佳品味奖，并现场颁发了荣誉证书和奖金以资鼓励。

获奖学生合影

刘泉影课题组合影

采写：刘雯