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From Lithographically Patternable to Genetically Patternable Electronic Materials for Miniaturized, Scalable, and Soft Implantable Bioelectronics to Interface with Nervous and Cardiac Systems
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2020-11-09 , DOI: 10.1021/acsaelm.0c00753 Ren Liu 1 , Siyuan Zhao 1 , Jia Liu 1
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2020-11-09 , DOI: 10.1021/acsaelm.0c00753 Ren Liu 1 , Siyuan Zhao 1 , Jia Liu 1
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Soft implantable bioelectronics, capable of maintaining an intimate, chronically stable tissue interface to provide single-cell spatial resolution, millisecond temporal resolution, and cell-type-specific interrogation and intervention, are important to biological research and clinical application. Despite remarkable advancements in recent years, the establishment of miniaturized, scalable, and soft bioelectronic interfaces to a large number of cells three-dimensionally (3D) distributed across cardiac and neural tissues in freely behaving animals and human subjects remains a challenge. In this Review, we discuss recent progress in studies and designs of lithographically and/or genetically patternable electronic materials to address these questions. First, we summarize the development of lithographically patternable electronic materials with proper electrical and mechanical properties, biocompatibility, and long-term stability for implantable bioelectronics. Then, we discuss examples of miniaturized, scalable, and soft implantable bioelectronics for brain and heart interfaces. Next, we introduce the most recent progress on the genetically targeted assembly and patterning of electrically functional polymeric materials on the neurons in intact 3D brains through the convergence of synthetic biology and polymer chemistry. Finally, the perspective of future development of implantable bioelectronics through the convergence of materials science, electrical engineering, and synthetic biology is discussed.
中文翻译：
从光刻可图形化到遗传可图形化的电子材料，以最小化，可扩展和柔软的可植入生物电子学与神经和心脏系统接口
能够维持紧密，长期稳定的组织界面以提供单细胞空间分辨率，毫秒级时间分辨率以及特定于细胞类型的询问和干预的软植入式生物电子学对生物学研究和临床应用至关重要。尽管近年来取得了长足的进步，但要建立自由，可伸缩的，柔软的生物电子界面到在行为自由的动物和人类受试者中分布于心脏和神经组织的大量三维（3D）细胞上，仍然是一个挑战。在这篇综述中，我们讨论了光刻和/或遗传可图案化电子材料研究和设计的最新进展，以解决这些问题。第一，我们总结了具有适当的电气和机械性能，生物相容性以及可植入生物电子学的长期稳定性的可光刻图案化电子材料的发展。然后，我们讨论了用于大脑和心脏界面的小型，可扩展和软植入式生物电子产品的示例。接下来，我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑神经元上电功能聚合材料的遗传靶向组装和模式化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。植入式生物电子产品的长期稳定性。然后，我们讨论了用于大脑和心脏界面的小型，可扩展和软植入式生物电子产品的示例。接下来，我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑中神经元上电功能聚合材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。植入式生物电子产品的长期稳定性。然后，我们讨论了用于大脑和心脏界面的小型，可扩展和软植入式生物电子产品的示例。接下来，我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑中神经元上电功能聚合材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑神经元上的电子功能聚合物材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑神经元上的电子功能聚合物材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。
更新日期：2020-11-09
中文翻译：
从光刻可图形化到遗传可图形化的电子材料，以最小化，可扩展和柔软的可植入生物电子学与神经和心脏系统接口
能够维持紧密，长期稳定的组织界面以提供单细胞空间分辨率，毫秒级时间分辨率以及特定于细胞类型的询问和干预的软植入式生物电子学对生物学研究和临床应用至关重要。尽管近年来取得了长足的进步，但要建立自由，可伸缩的，柔软的生物电子界面到在行为自由的动物和人类受试者中分布于心脏和神经组织的大量三维（3D）细胞上，仍然是一个挑战。在这篇综述中，我们讨论了光刻和/或遗传可图案化电子材料研究和设计的最新进展，以解决这些问题。第一，我们总结了具有适当的电气和机械性能，生物相容性以及可植入生物电子学的长期稳定性的可光刻图案化电子材料的发展。然后，我们讨论了用于大脑和心脏界面的小型，可扩展和软植入式生物电子产品的示例。接下来，我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑神经元上电功能聚合材料的遗传靶向组装和模式化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。植入式生物电子产品的长期稳定性。然后，我们讨论了用于大脑和心脏界面的小型，可扩展和软植入式生物电子产品的示例。接下来，我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑中神经元上电功能聚合材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。植入式生物电子产品的长期稳定性。然后，我们讨论了用于大脑和心脏界面的小型，可扩展和软植入式生物电子产品的示例。接下来，我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑中神经元上电功能聚合材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑神经元上的电子功能聚合物材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。我们将通过合成生物学和高分子化学的融合，介绍完整3D大脑神经元上的电子功能聚合物材料的遗传靶向组装和图案化的最新进展。最后，讨论了通过材料科学，电气工程和合成生物学的融合对可植入生物电子学的未来发展的观点。
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