機械驅動和計算驅動的生物電子學可以更好地適應身體曲線
2023 年 4 月 19 日，威斯康星大學麥迪遜分校和德克薩斯大學奧斯汀分校的工程師們利用預測性模型，可以預測彎曲的靈活性電子裝置如何與人體部位無縫地整合，這在不久的將來將被應用於生物電子學。例如，植入在人眼球的靈活生物電子人工視網膜可能有助於恢復視力，或者智慧隱形眼鏡可以持續感知身體內的葡萄糖水平。
靈活的生物電子裝置必須與生物組織非常緊密地接觸，並避免發生褶皺或褶痕，而研究人員一直努力實現生物電子裝置充分適應所謂的“不可展 Flat 表面"-人體表面上無法被展平而不斷折疊的表面。
研究團隊使用實驗、理論和數值方法綜合研究了圓形聚合物片（這些聚合物片模仿了靈活電子的機械效能）以及部分剪裁的圓形片在球形表面上的適應性。分析這些結果使研究人員得出了一個現成的公式，揭示了基本物理原理並預測了靈活性電子的適應性 。
“我們三種不同方法得出的結果都指出了同樣的物理問題，這很令人興奮，”德克薩斯大學奧斯汀分校航空工程和工程力學系教授 Nanshu Lu 表示：“我們制定了一個非常簡單的數學方程式，可指導靈活電子的設計以實現最大限度的適應性，這應該對本領域產生重要影響。”
此外研究人員展示了一種非常簡單而優雅的方法，可以大大增加靈活片材在球形表面上的適應性。靈感來自日本的剪紙藝術 kirigami，研究人員在圓形片中進行了最簡單的射線切割，使其適應性從 40％提高到 90％以上。
Li 表示此進展將推動該領域的創新，並使許多其他研究人員能夠設計改進的靈活性電子裝置。 “這是第一篇提供全面理解靈活電子如何適應這些複雜表面的研究，”Li 說：“這一進展將為開發可以更好地適應人體的生物電子學鋪平道路。”
生物電子學的發展和前景
隨著科學技術的發展和人民生活水平的提高，人們對生物學和那些可以應用於人體的新技術的研究更加關注。生物電子學是跨學科領域的結合，涉及電子學、材料學、醫學等多個領域，並具有重要的理論意義和應用前景。
生物電子學主要研究生物體中的電生理現象、生物電子器件和系統、生物訊號檢測、生物訊息處理等。與傳統的電子技術不同，在生物電子學中，裝置應更好地適應身體曲線，以充分發揮功效並減少使用者的不適感和負面影響。
如論文中所述，針對靈活電子裝置與人體組織之間的緊密接觸，圓形和剪割圓形聚合物片的適應性研究對未來的生物電子學有重要的指導意義。如果進一步研究和開發成功，這些靈活性電子裝置可以植入在人體中，例如人工器官、輔助裝置、生物檢測等方面，從而實現生命科學和醫學的積極進步和人類福祉的提高。
結論與建議
生物電子學是一個快速發展的領域，充分發揮其作用所需跨學科的結合。機械驅動和計算驅動將生物電子學帶到了一個新的範疇，例如靈活的生物電子裝置如何適應人體曲線等。這些創新的技術和裝置體現了其實用性和社會價值，我們應該對其投入更多的重心，從科學、工程技術和倫理方面引領其發展，以將其應用於人類的健康、生產和生活中。
