图：生物相容性电子设备图片

        人体是柔软、具有曲线和持续变化的，现代电子设备是坚硬、平坦，物理上是静止的。最近的研究得出了一整套先进材料、制造方法及设计布局，可消除这种显著的性能失配。所得到的装置可密切贴合在体表或整合至体内，具有诊断、治疗或手术功能，在生物医学研究和临床医学方面具有独特能力。这些新出现的技术具有促进人类健康，增进人们对生命体系了解的有力潜能。这些技术可分为3类：软性、可注射及生物重吸收电子设备――均已在广泛的动物研究中得到证实，有几项已在初步人体试验中得到证实。图示为生物电子设备的照片。

        软性电子设备

        将坚硬的无机功能材料塑形为薄的、开放的筛状微结构，埋入柔软有弹性的薄膜之中，为电子系统(如电路与传感器)及光电子系统(如发光二极管与光电探测器)提供了一条路径，可将其最新的操作特性与柔软、有弹性的机械属性相结合起来，即使是在大应变变形情况下亦如此。这类装置可以弯曲、扭转、折叠、伸展及紧密贴合缠绕至任意弯曲的物体，而性能不出现显著变化1。采用生物相容性界面材料时，这种力学能够与重要器官系统(如脑、心脏和皮肤)柔软的弯曲表面密切整合，不产生束缚，其作用方式是构建和包被于标准坚硬印刷电路板上的传统晶片装置不可能实现的。相关示例包括表面安装电子传感器和驱动器阵列的球囊导管，用于心内膜电生理的高分辨率标测和房颤的肺静脉消融治疗2。

        相关的具体体现包括构建相似、经过特别塑形、可以包裹整个心脏的三维表面的三维弹性膜，作为一种电子人工心包，能够进行空间和时间程控起搏、低能除颤及其他形式的心脏电刺激治疗3。采用这类相同概念构建的密布主动放大传感器的可曲式薄板，可进行多路传输脑皮层电图检查，其分辨率远超现用于指导某些类型癫痫治疗的手术干预的被动电极阵列4。技术上最为成熟的软性电子设备的例子是，厚度及硬度与表皮匹配的装置。该结果能够使其难以觉察地紧贴皮肤表面，可应用范围从临床诊断至健康状况的连续监测5。已证实的操作模式包括测定近体表动脉的压力脉搏波，测定热导性能、硬度及皮肤的水合水平，测定与脑、心脏及骨骼肌活动相关的生物电位，以及测定全身运动与姿势。现在的研究装置具有无线供电与数据通信功能，可提供与传统大型临床设备相当的检测可靠性6。睡眠研究、评价创伤愈合、确定皮肤恶性肿瘤特征，及对患有运动障碍的患者进行连续动态测定的人体试验，提示了广泛的近期机会。

        可注射电子设备

        这些想法的外延使我们不仅可以将电子设备运送至器官表面，也可以运送至充分控制部位的深处。此时，柔韧纤维作为微型装置组件的配套成分，用可释放的细注射针，以微创方式将微型装置组件运至靶部位。最先进的例子是多层堆叠的活性组分，包括无线控制的发光二极管，尺寸与单细胞相当，通过光遗传学机制，刺激和监控中枢及外周神经系统中的特定神经元集群7。

        在一个示例中，结果揭示了复杂行为与大脑结构和功能之间的联系，蓝斑是一个具有已知纵向去甲肾上腺素能细胞体的脑区，无线控制该部位的发光二极管，可激活多巴胺能神经元，产生足以调节行为的显著刺激。在脑深部电刺激中，相同的概念有可能提供新的实用性能力，即用细胞等级的全集成电路取代标准刺激电极，而且还有在其他器官中应用的额外可能性。

        生物重吸收电子设备

        释放上述注射针的过程，涉及与脑脊液接触的一层薄薄的附着层的生物重吸收。最近的工作证实，在生物整合电子设备中，生物重吸收材料的概念可外延至整个功能系统，在系统中，所有主动和被动的材料，浸入生物流体时，均能够有控制地、以可程控的速度完全溶解8。在细胞水平毒性研究与动物实验中显示出良好生物相容性的装置，现在在传感、无线数据传输、供电及驱动方面已有广泛选择。已证实具有临床相关应用价值的例子，包括设计用于清除手术部位感染的电子补片(appliques)，用于创伤性脑损伤患者的颅内压及体温监测仪，缓解疼痛及促进再生的神经刺激仪，用于术后恢复期的起搏器及电子编程药物释放载体。这类装置在期待时间框架内取得了高性能、稳定的运行，然后完全吸收，以消除体内不必要的装置负荷。这些装置及其他可生物重吸收的电子系统的成功动物研究，证实它们具有满足临床需要的潜能。

        展望

        生物相容性电子设备带来的新机遇，有可能对今后生物医学研究及临床治疗带来深远的影响。多功能操作中选择的可扩展性及多样性，为今后的开发及应用带来了多方位、富有希望的方向。一项重要的前景是，许多元件制造单元的材料及装置设计，充分契合了消费者电子产业中的设计，因而可协同加速改进其性能及等级。这样，才有可能真实地期待在数百平方厘米的面积，以近数十亿装置的整合水平，分多层制式，形成亚微米维度的生物相容性晶体管、发光二极管、光电探测器、电极及接口。

        最重要的近期机遇在于手术及诊断装置，以及安装在皮肤上的持续健康监控仪。生物重吸收传感器及治疗装置，有时称为生物电子医学或电子疗法，代表着其他具有重要前景的领域。长期视角包括将生物相容性电子设备用作长期植入体，其中一项关键的附加技术挑战是开发柔韧材料层，它可作为坚固、经久耐用的生物流体屏障。该议题以及其他有关化学传感器、主动式微流以及集电装置议题，代表着富有希望的方向，与其相伴前行的是付出更直接的努力，将已证明的技术转化为临床实践。