智能生(shēng)物(wù)電子和生(shēng)物(wù)醫學器件的發展極大(dà)地推動了生(shēng)物(wù)醫學工(gōng)程領域的發展，實現了從基礎生(shēng)物(wù)醫學研究到臨床醫學和植入物(wù)的無數應用。站在材料科學、機械、電氣和生(shēng)物(wù)工(gōng)程的交叉點，這個引人入勝的領域引起了世界各地研究人員(yuán)的極大(dà)關注，提供了以前不可想象的全新醫療保健解決方案。從腦機接口到生(shēng)物(wù)醫學納米/微型機器人，科學家們已經開(kāi)發出不同的材料并設計出不同的制造方法來提升生(shēng)物(wù)電子系統的功能，以滿足對生(shēng)物(wù)和仿生(shēng)應用不斷增長的需求（圖1）。

從材料的角度來看，生(shēng)物(wù)電子學和生(shēng)物(wù)醫學器件主要由導電、介電和半導體(tǐ)材料以及軟基闆封裝組成。這些可以通過電刺激和記錄生(shēng)物(wù)信号與人體(tǐ)交互的系統在新興的神經科學和工(gōng)程[1]、診斷[2]、治療[3]以及可穿戴和可植入設備[4]中(zhōng)引起了極大(dà)的興趣。生(shēng)物(wù)電子學的制造結合了可變形電路的精心設計，剛性和平面半導體(tǐ)器件的集成以及柔軟可拉伸的封裝工(gōng)藝，以實現與柔軟的生(shēng)物(wù)組織甚至生(shēng)長的有機體(tǐ)更好的機械匹配，使它們與人體(tǐ)不斷進行交互。

生(shēng)物(wù)相容性金屬（如金）被設計成環形，使其可拉伸作爲導電電路材料，通過“軟光刻”技術将這些可拉伸電路與半導體(tǐ)進一(yī)步集成到薄而靈活的聚二甲基矽氧烷(PDMS)進行封裝[5]；制造出的幾種不同類型的生(shēng)物(wù)電子器件，包括表皮觸覺/化學傳感器[6]、植入式心髒起搏器[7]、光電子[8]等，證明了它們在生(shēng)物(wù)醫學研究和潛在臨床治療中(zhōng)的應用。可降解金屬和金屬氧化物(wù)分(fēn)别用作導電和介電材料，以及生(shēng)物(wù)可吸收絲或聚（乳酸-共-乙醇酸）（PLGA），可以制造瞬态生(shēng)物(wù)電子學[9-12]。然而，在長期植入過程中(zhōng)，生(shēng)物(wù)電子學和生(shēng)物(wù)組織之間仍可能會形成疤痕組織，導緻界面阻抗增加[13]。

由于水凝膠與生(shēng)物(wù)組織的相似性、水滲透性以及在電氣、機械和生(shēng)物(wù)功能工(gōng)程中(zhōng)的多功能性，水凝膠已成爲制造下(xià)一(yī)代生(shēng)物(wù)電子器件的有力候選者。無論是聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAAm）、聚（甲基丙烯酸-2-羟乙酯）（PHEMA）等合成高分(fēn)子，還是多糖、明膠、蛋白(bái)質等天然高分(fēn)子都可以用于合成生(shēng)物(wù)相容性水凝膠。通過将氯化锂、氯化鈉、氯化鉀等電解質分(fēn)子甚至兩性離(lí)子分(fēn)子進一(yī)步溶解到水凝膠基質中(zhōng)，可以實現離(lí)子導電[14,15]。這些基于離(lí)子導電水凝膠的電子器件也被稱爲離(lí)子電子器件，已在表皮傳感器、人工(gōng)軸突和軟緻動器中(zhōng)得到應用[16]。然而，它們的低導電性和離(lí)子導電性阻礙了它們在體(tǐ)内測試中(zhōng)的應用。

制造生(shēng)物(wù)電子器件的另一(yī)類重要材料是兩親性導電聚合物(wù)，如聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT/PSS）、聚吡咯（PPy）、聚（3-己基噻吩-2,5-二基）（P3HT）和聚苯胺（PANI）。與離(lí)子導電水凝膠相比，它們的高電導率使其在制造可植入生(shēng)物(wù)電子學方面更有潛力，例如可以監測小(xiǎo)鼠大(dà)腦電生(shēng)理信号的神經探針[17]，用于長期慢(màn)性電刺激和監測的植入式和可變形電子器件[18]，以及細胞支架[19]等。

最近，通過将導電填料摻入水凝膠基質中(zhōng)合成的複合導電水凝膠已成爲生(shēng)物(wù)電子器件的另一(yī)種可替代的候選者。利用PEDOT/PSS、碳納米管、石墨烯等導電材料的高電導率，以及水凝膠的柔軟性和可拉伸性，複合材料可以表現出高達約50 S/m的高電導率和機械性能，可拉伸性高達約600%[20]。

從制造和結構設計的角度來看，傳統制造方法依賴于納米制造方法，例如光刻、電子束蒸發以及在柔性基闆上濺射導電、電介質和半導體(tǐ)特征[21]。Rogers課題組發明了一(yī)系列與具有複雜(zá)邏輯功能的矽電子制造兼容的轉移印刷工(gōng)藝。多年來，已經展示了一(yī)系列轉移打印系統，例如大(dà)腦皮層映射、心髒電生(shēng)理學[22]等。爲了克服通常與生(shēng)物(wù)系統不兼容的平面器件幾何形狀的限制，最近的生(shēng)物(wù)電子器件采用保形添加劑印模（CAS）印刷技術将複雜(zá)的矽電子器件轉移到非平面上[23]。另一(yī)種重要的策略是使用機械引導屈曲[24, 25]，它可以實現可擴展的高分(fēn)辨率3D結構制造。爲了符合生(shēng)物(wù)組織或血管[26]，柔性生(shēng)物(wù)電子學也可以纏繞在各種大(dà)小(xiǎo)的動脈周圍，以準确測量血流。

作爲傳統納米制造方法的替代方法，最近出現的增材制造方法具有低成本、快速原型制作和定制等優勢。它們還允許對使用傳統方法難以集成的許多材料進行圖案化。在不同的添加劑方法中(zhōng)，絲網印刷和噴墨印刷是報道最多的方法，因爲它們易于使用且曆史相對較長[27]。大(dà)多數報道集中(zhōng)于低濃度介電和導電油墨的無掩模圖案化[28]。利用各種功能材料，直寫成型技術（DIW）最近已成爲生(shēng)物(wù)電子學和生(shēng)物(wù)系統制造的多功能平台。Yuk等人[17]介紹了使用PEDOT/PSS墨水在小(xiǎo)鼠背側海馬（dHPC）中(zhōng)進行電生(shēng)理記錄的3D打印軟神經探針。對于多材料直寫成型技術（DIW），Lind等人[29]展示了一(yī)個使用各種犧牲材料、彈性體(tǐ)、導電和介電材料進行藥物(wù)反應研究的心髒微生(shēng)理設備的示例。

聚焦新材料、設計和制造方面，我(wǒ)們組織了“智能生(shēng)物(wù)電子與生(shēng)物(wù)醫療器件”專輯，強調生(shēng)物(wù)電子與生(shēng)物(wù)醫療器件所涉及的生(shēng)物(wù)設計和制造方面，包括新材料、設計、制造和應用。我(wǒ)們從Han等人的一(yī)篇社論開(kāi)始[30]讨論了神經導管的增材制造。社論概述了增材制造在模拟神經組織細胞外(wài)基質(ECM)所需的拓撲形狀、生(shēng)物(wù)相容性和機械性能方面的優勢，以及可印刷生(shēng)物(wù)材料及其高分(fēn)辨率加工(gōng)的進展和挑戰。

Huang等人的觀點論文涵蓋了用于血糖監測的微創生(shēng)物(wù)傳感器的主題，特别是使用微針技術，旨在安全準确地檢測與糖尿病并發症相關的皮下(xià)微環境變化。

一(yī)系列研究文章随之而來。Huang等[31]開(kāi)發了一(yī)種可伸縮的自供電生(shēng)物(wù)傳感器，集成了酶生(shēng)物(wù)燃料電池作爲自供電傳感模塊。乳酸和葡萄糖酶生(shēng)物(wù)燃料電池（EBFC）傳感器通過一(yī)系列噴塗和澆鑄方法制造，以及光刻微流控裝置可用于高效汗液收集和傳感。Jing等[32]使用親水導電聚多巴胺（PDA）摻雜(zá)的聚吡咯（PPy）納米顆粒摻入二肽水凝膠，開(kāi)發了一(yī)種新型導電透明二肽水凝膠墨水。這種策略允許材料具有良好的導電性和透明度，并能夠應用于身體(tǐ)粘附信号檢測。Li等[33]應用飛秒激光處理對Pt-Ir神經電極進行了超芯吸行爲，從而大(dà)大(dà)提高了電性能和潤濕性。由于激光加工(gōng)實現的分(fēn)層表面微/納米結構，電極顯示出增加的最大(dà)電荷存儲容量，這使得它們有望用于臨床神經電極。Wang等[34]設計了一(yī)類氣動肌肉類緻動器，稱爲高度模拟骨骼肌（HimiSK），由柔性矩陣中(zhōng)平行排列的收縮單元組成。收縮單元和柔性基質分(fēn)别模拟肌肉纖維和結締組織，在激活時實現3D驅動，并顯示出類似于生(shēng)物(wù)肌肉的内在力-速度和力-長度行爲。Zeng等[35]通過設計形狀記憶聚合物(wù)（SMP）的區域描繪和形狀記憶特性，開(kāi)發了一(yī)種仿生(shēng)4D打印布局策略。Zhang等[36]開(kāi)發了一(yī)種新型氣動輔助霧化裝置（PAAD），它可以在低壓下(xià)均勻地輸送活細胞。噴射的細胞保持高活力和分(fēn)化，使其成爲臨床細胞治療和傷口愈合的理想選擇。Zhang等開(kāi)發了一(yī)種使用數字光處理（DLP）進行快速抗生(shēng)素敏感性測試的3D打印微流體(tǐ)梯度濃度芯片。獲得的抗生(shēng)素梯度濃度環境爲臨床環境中(zhōng)測量細菌對抗生(shēng)素的敏感性提供了一(yī)種快速檢測方法。Hesselmann等[37]提出了一(yī)種基于多軸離(lí)心工(gōng)藝的膜組件3D灌封新設計，可以改善流動路徑并降低滞留體(tǐ)積，最終提高人工(gōng)肺的效率。最後，在新冠大(dà)流行期間，Park等[38]使用市售組件設計并測試了具有成本效益、可快速擴展的呼吸機（ALIVE Vent）。該解決方案可能會提供拯救生(shēng)命的解決方案，尤其是對于資(zī)源稀缺地區的人們。

本期特刊還收集了五篇綜述文章，涉及生(shēng)物(wù)設計和制造的幾個重要領域。Santoni等提供了有關生(shēng)物(wù)打印主題的科學文獻和專利的廣泛展望，表明該領域正在迅速擴展。與Huang等的研究文章[31]相呼應，Heng等回顧了用于汗液分(fēn)析的可穿戴柔性傳感器。最近的研究集中(zhōng)在具有多種形狀因數和材料的汗液傳感器上。該評論還涵蓋了不同的傳感機制及其優勢和挑戰。Lim等[39]讨論了組織工(gōng)程生(shēng)物(wù)反應器設計的要求，應通過優化材料設計、傳質、機械和電刺激來提供仿生(shēng)生(shēng)理平台。Lin等人[40]總結了具有能源效率和小(xiǎo)型化優勢的生(shēng)物(wù)機器人這一(yī)令人興奮的話(huà)題。這篇綜述涵蓋了近年來開(kāi)發的生(shēng)物(wù)混合機器人在電源、支持生(shēng)物(wù)材料和結構方面的進展。最後，Willemen等人的工(gōng)作[41]涵蓋了各種3D和4D打印技術及其在制藥領域作爲藥物(wù)輸送系統和個性化醫療的應用。

希望本期特刊能夠彙集不同角度的研究和觀點，爲不斷發展的生(shēng)物(wù)電子器件和系統領域帶來新的見解，爲該領域帶來新的啓發，拓展智能生(shēng)物(wù)電子和生(shēng)物(wù)醫學器件的可能性适用于許多實際和臨床應用。