隨著老年人口數(shù)量的迅速增長、新冠后遺癥的涌現(xiàn)、情緒問題以及各類腦疾病的頻發(fā)，我國醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)、家庭及個(gè)人正承受著沉重的經(jīng)濟(jì)與社會負(fù)擔(dān)。因此，研發(fā)新型診療技術(shù)以保障國民生命健康顯得尤為迫切。電化學(xué)與生理信號作為反映人體生理狀況、健康水平及活動能力的重要指標(biāo)，為疾病的診斷與治療提供了不可或缺的技術(shù)基礎(chǔ)。然而，當(dāng)前面臨的一大挑戰(zhàn)在于缺乏高效的傳感材料以精準(zhǔn)捕捉這些生物信號。
 

　　中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的老年癡呆病研究團(tuán)隊(duì)(吳景龍研究員、張翊正高級工程師、楊良滔助理研究員等)在《Chemical Engineering Journal》(A high-entropy electrode material for electrobiochemical and eletrophysiological signals detection,Chem. Eng. J.,(2024) 156209.)上發(fā)表了一項(xiàng)研究成果，首次介紹了一種新型高熵材料，該材料由常見的低成本過渡金屬元素Fe、Co、Ni、Cu和Zn構(gòu)成，專用于電化學(xué)與生理信號的傳感。這種高熵生物信號傳感材料不僅能夠準(zhǔn)確測量葡萄糖生物標(biāo)志物的濃度，還能有效檢測肌電圖(EMG)、腦電圖(EEG)及心電圖(ECG)等生理電信號。其檢測葡萄糖的靈敏度高達(dá)2861 μA mM?1 cm?2，檢測下限低至3.3 μM，且在磷酸鹽緩沖液(PBS)中展現(xiàn)出與葡萄糖濃度良好的線性關(guān)系。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)與皮膚評估進(jìn)一步驗(yàn)證了該高熵合金(HEA)電極的卓越生物相容性，預(yù)示著其在真實(shí)生物樣本中的應(yīng)用潛力巨大。此外，相較于傳統(tǒng)干電極，該HEA電極的接觸阻抗更低，從而顯著提升了生理電信號的檢測效能。
 

　　本研究不僅拓寬了高熵材料在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用邊界，還為電化學(xué)與生理信號的檢測開辟了一條新路徑，如圖1所示。同時(shí)，該技術(shù)有望為腦機(jī)接口(BCI)等前沿技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供重要支撐與突破。
 

　　圖1：高熵電極材料用于生物電化學(xué)和EEG、ECG、EMG生物信號檢測的示意圖，展示了該材料用于電化學(xué)和電生理信號檢測的潛力。高熵材料及其用于生物信號檢測的電極示意圖(a)。電生理信號檢測示意圖(b)和HEA電極重新編碼生化葡萄糖信號示意圖(c)。
 

　　本研究受到廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃、深圳市科技創(chuàng)新局、日本JSPS、深圳未來腦律科技有限公司等研究計(jì)劃的支持。