新型MXene材料OBXene提升柔性电子性能！

【研究背景】

软生物电子植入物是结合了柔性导电材料的创新技术，因其优良的贴合界面能力而广泛应用于实时电生理测绘和干预等领域。与传统的刚性电子材料相比，软生物电子植入物具有更好的生物相容性和功能性，使其在提高患者生活质量方面具有重要潜力。然而，软生物电子材料在生物电子-组织界面的阻抗问题仍然存在，这可能会限制信号传输的保真性和干预效果，从而带来了设计和应用上的挑战。

近日，北卡罗来纳大学教堂山分校应用物理科学系白武斌教授、哥伦比亚大学生物医学工程系Ke Huang携手设计了一种基于单层MXene片的创新材料，称为OBXene。通过对MXene进行温和的面氧化处理，研究团队成功诱导了p-d杂化轨道的轨道对称性破缺，从而显著降低了MXene的界面阻抗。利用这种新材料的优异面外电荷转移能力，团队显著提高了软生物电子植入物的性能，成功实现了对心脏在小动物和大型动物不同阶段心肌梗死（MI）的实时生理监测。

该OBXene基心脏贴片具有低阻抗、高导电性和长期生物相容性等优势，不仅能够高保真地时空绘制生理活动，还具备多模态治疗能力。通过与离子凝胶结合，该贴片展现出更强的应用潜力。同时，体内研究表明，该贴片在猪模型中实现了无线、无电池的长时间植入操作，为临床应用提供了新的解决方案。此项研究的成功为软生物电子植入物的进一步发展奠定了基础，展现出OBXene作为新一代生物电子材料在医学领域的广泛应用前景。

【表征解读】

本文通过多种表征手段，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）以及电性能测试等，深入探讨了OBXene材料的微观结构及其在生物电子植入物中的应用潜力。这些表征手段帮助我们揭示了OBXene的优异电荷传输特性和结构对其性能的影响，尤其是在生物相容性、机械灵活性和多模态传感能力方面的优势。

首先，采用SEM和TEM对OBXene的形态和层次结构进行了观察，结果显示OBXene呈现出独特的层状结构，这一特性为其电荷输运提供了良好的通道。拉曼光谱分析则进一步确认了材料的晶体质量与层数，揭示了OBXene中不同层之间的相互作用，以及其电子特性与晶体结构之间的关系。这些发现为后续的电性能测试奠定了基础。

针对OBXene在应用过程中所表现出的优异电导性和压电效应，本文通过电性能测试揭示了其微观机理。实验结果表明，OBXene在外加压力下，电荷的层间输运能力显著增强，特别是在施加机械变形的条件下，材料的电荷传输能力表现出良好的非线性特征。通过这些微观机理的表征，我们进一步挖掘了OBXene在生物电子领域的广泛应用潜力，如在生物传感器和植入式设备中实现实时监测和控制。

在此基础上，本文结合不同表征手段的结果，着重研究了OBXene在多模态传感中的实际应用。通过对其应变、温度和电生理信号的传感性能进行综合评估，结果显示该材料能够在不同环境条件下保持优异的性能。这一系列研究为开发新型的生物电子设备提供了重要的实验依据。

总之，经过综合的表征分析，本文深入探讨了OBXene的微观结构与性能之间的关系，揭示了其在生物电子植入物领域的应用前景。通过制备和优化OBXene这一新型材料，最终推动了软生物电子设备的技术进步，为未来的医疗健康监测和治疗提供了新的解决方案。这不仅为生物电子材料的发展开辟了新的方向，也为实现更高效的医疗技术应用奠定了坚实的基础。

OBXene贴片的多模态传感和电疗概述

参考文献：Yizhang Wu et al.Orbit symmetry breaking in MXene implements enhanced soft bioelectronic implants.Sci. Adv.10,eadp8866(2024).DOI:10.1126/sciadv.adp8866