随着老年人口数量的迅速增长、新冠后遗症的涌现、情绪问题以及各类脑疾病的频发，我国医疗卫生系统、家庭及个人正承受着沉重的经济与社会负担。因此，研发新型诊疗技术以保障国民生命健康显得尤为迫切。电化学与生理信号作为反映人体生理状况、健康水平及活动能力的重要指标，为疾病的诊断与治疗提供了不可或缺的技术基础。然而，当前面临的一大挑战在于缺乏高效的传感材料以精准捕捉这些生物信号。
中国科学院深圳先进技术研究院的老年痴呆病研究团队(吴景龙研究员、张翊正高级工程师、杨良滔助理研究员等)在《Chemical Engineering Journal》(A high-entropy electrode material for electrobiochemical and eletrophysiological signals detection,Chem. Eng. J.,(2024) 156209.)上发表了一项研究成果，首次介绍了一种新型高熵材料，该材料由常见的低成本过渡金属元素Fe、Co、Ni、Cu和Zn构成，专用于电化学与生理信号的传感。这种高熵生物信号传感材料不仅能够准确测量葡萄糖生物标志物的浓度，还能有效检测肌电图(EMG)、脑电图(EEG)及心电图(ECG)等生理电信号。其检测葡萄糖的灵敏度高达2861 μA mM⁻¹ cm⁻²，检测下限低至3.3 μM，且在磷酸盐缓冲液(PBS)中展现出与葡萄糖浓度良好的线性关系。细胞实验与皮肤评估进一步验证了该高熵合金(HEA)电极的卓越生物相容性，预示着其在真实生物样本中的应用潜力巨大。此外，相较于传统干电极，该HEA电极的接触阻抗更低，从而显著提升了生理电信号的检测效能。
本研究不仅拓宽了高熵材料在生物医学工程领域的应用边界，还为电化学与生理信号的检测开辟了一条新路径，如图1所示。同时，该技术有望为脑机接口(BCI)等前沿技术的创新发展提供重要支撑与突破。
图1：高熵电极材料用于生物电化学和EEG、ECG、EMG生物信号检测的示意图，展示了该材料用于电化学和电生理信号检测的潜力。高熵材料及其用于生物信号检测的电极示意图(a)。电生理信号检测示意图(b)和HEA电极重新编码生化葡萄糖信号示意图(c)。
本研究受到广东省重点领域研发计划、深圳市科技创新局、日本JSPS、深圳未来脑律科技有限公司等研究计划的支持。
