Caltech 2026博士论文：多模态植入式生物电子学

生物电子技术的进步正在通过实现对生理功能的持续监测和主动调控来变革医疗保健。 传统的电子材料与柔软的生物组织在机械性能上不匹配，这会导致接触不良、信号采集不稳定，并在长期运行过程中产生不良的生物反应。 本论文旨在通过开发多模态生物电子系统来应对这些挑战。 该系统集成了软材料、可扩展的制造策略和闭环治疗功能，用于下一代健康监测和干预。 首先，我们开发了可扩展的制造策略，以构建能够检测多种生理和环境信号的柔性多模态传感平台。

采用喷墨打印技术制备的传感器阵列集成了基于纳米材料的电化学和物理传感器，能够以高灵敏度和空间分辨率同时测量温度、压力和化学生物标志物。 这些传感系统可以集成到柔软的电子皮肤和机器人平台上，从而在复杂环境中提供实时的物理化学感知。 其次，我们设计了可与生物组织稳定、长期相互作用的共形生物电子界面。 通过定制材料特性和器件结构，这些界面能够更好地与软组织相容，从而实现可靠的体内信号采集和刺激，同时最大限度地减少界面应力和生物反应。 此外，还开发了将连续生物传感与响应式治疗刺激相结合的闭环生物电子系统。

能够监测代谢信号并触发神经调控的集成平台展现了自动化治疗调控的潜力。 这些系统凸显了实时生理监测与智能干预相结合的可行性。 本论文提出的材料、器件结构和系统级策略共同构建了一个可扩展、共形且多功能的生物电子学框架。 这些技术为可穿戴和植入式系统提供了新的机遇，使其能够实现连续健康监测、自主治疗和先进的人机交互界面。