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    五邑大學巫瑩柱、亞利桑那州立大學姜漢卿教授綜述:可食用及具營養電子器件:基材、制備方法、器件和應用
    2020-07-20  來源:高分子科技

      胃腸道疾病已成為現代社會最普遍的健康問題之一,預計該領域的市值接近10億美元。吞咽式微膠囊電子器件對人體組織損傷小,通過胃腸道可更加接近主要器官組織,實現對多種生物標志物和治療靶點的監測,并作為有效的臨床診斷和治療方法(如圖1所示)。由于傳統的吞咽式微膠囊電子器件大多由無機材料制備,再用剛性不可降解聚合物封裝,該器件在消化道中的滯留時間較長,增加了腸胃蠕動紊亂的風險。為降低該潛在風險,出現了一類完全可食用、有營養微膠囊電子器件。


    圖1. 可食用、有營養電子器件的組成及其在胃腸道中的診斷及治療應用


      該綜述定義了完全可食用、有營養電子器件概念,并對其制備可行性和關鍵技術問題進行全面論述,此外預測材料溶解速率的理論和實驗模型、器件制備方法、器件結構和應用情況。從現有研究報道看,雖然目前出現了功能單一的完全可食用和有營養電子器件,但是完全可食用、有營養、小型化、性能穩定的多功能電子器件的制造難度仍然很大(圖2);制備食用電子器件的基材的毒性是可控的;微膠囊器件的使用壽命可采用理論模型和經驗模型進行預測,且可通過集成方法實現調控(圖3)。


    圖2. 可食用有營養電子器件用天然衍生物的來源、晶體和分子結構


    圖3. 可食用有營養電子器件制備及封裝策略


      論文還對未來發展趨勢進行展望,認為:(1)未來多種新型食用材料、集成策略、先進的生物傳感技術和無線通信技術將被廣泛應用于(圖4、圖5);(2)更真實的胃腸道模擬器將被廣泛應用于快速評估可食用、有營養電子器件的降解過程;(3)可食用、有營養電子器件的倫理和法律問題將會引起更多關注。


    圖4. 可食用有營養傳感器的結構與機理


    圖5. 可食用有營養器件的設計、器件實物和應用


      該論文以“Edible and Nutritive Electronics: Materials, Fabrications, Components and Applications”為題目,發表在Advanced Materials Technologies期刊。五邑大學巫瑩柱副教授(共同通訊作者)和葉冬冬博士為共同第一作者,亞利桑那州立大學姜漢卿教授為另一共同通訊作者,其他作者包括巫瑩柱副教授課題組碩士生單穎法、何碩海、蘇子越、梁家豪、鄭金仁,楊子航,以及姜漢卿教授課題組楊浩凱許雯雯博士


      原文鏈接:https://doi.org/10.1002/admt.202000100


    主要作者簡介


    巫瑩柱,五邑大學 紡織材料與工程學院,副教授,2014年獲得中山大學博士學位,研究方向包括分子印跡聚合物、柔性電子智能紡織品、生物可吸收器件和微納壓印加工。


    姜漢卿,亞利桑那州立大學 物質、運輸和能源工程學院,教授。2001年獲得清華大學固體力學博士學位,研究方向包括新型電子器件及其力學,如可拉伸電子器件和可食用電子器件,以及儲能器件和機械超材料。

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    (責任編輯:xu)
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