摘要：时空分辨率是生物电子学中的一个关键概念，因其在神经义肢、心脏监测和生物传感等领域的应用而受到广泛关注。与传统的生物电子材料相比，高分辨率的时空界面能够更精确地捕捉生物事件，具有较高的空间和时间敏感性，尤其在分子、细胞和组织水平的应用中展现出更优越的性能。然而，

时空分辨率是生物电子学中的一个关键概念，因其在神经义肢、心脏监测和生物传感等领域的应用而受到广泛关注。与传统的生物电子材料相比，高分辨率的时空界面能够更精确地捕捉生物事件，具有较高的空间和时间敏感性，尤其在分子、细胞和组织水平的应用中展现出更优越的性能。然而，尽管这些技术有着显著优势，但也存在信号干扰、设备稳定性不足以及对长期可靠运行的高要求等问题，这些问题为提升时空分辨率带来了挑战。

成果简介

有鉴于此，芝加哥大学Pengju Li (黎鹏举) & Bozhi Tian (田博之)团队等人在“Materials and device strategies to enhance spatiotemporal resolution in bioelectronics”的最新综述论文。该团队深入分析了时空分辨率的内在与外在参数，探讨了电学、电化学及光电子信号转导机制，成功设计出新型高分辨率生物电子器件。研究中，团队不仅评估了材料的性能，还通过微型化、三维制造以及多功能集成等策略，提升了器件在复杂生物组织中的分辨率表现。此外，该团队还提出了新的材料选择和器件架构，通过优化电极、晶体管和光电子界面等元素，推动了高分辨率探测的实现。

概述了这些新型材料和设备架构的优势后，研究团队成功获取了在神经信号记录、心脏监测及分子探测等应用中的显著成果。研究结果为未来生物电子学设备的设计提供了新的思路，并为更高精度的诊断和治疗响应奠定了基础。

田博之，2024年3月25日，复旦大学化学系校友，师从赵东元院士，现为芝加哥大学化学系教授的田博之当选为美国医学与生物工程院会士。

研究亮点

（1）综述首次分析了时空分辨率在生物电子学中的应用，得出了在神经义肢、心脏监测和生物传感等领域中提高时空分辨率的关键技术。

（2）文章通过对空间和时间分辨率的内在与外在参数的定义，探讨了高性能材料和器件架构（如电极、晶体管和光电子界面）在提升分辨率中的作用。

（3）评估了器件微型化、3D制造和多功能集成等策略的能力，特别是在生物组织复杂微环境中的应用，展示了这些策略如何有效地提高分辨率。

（4）讨论了挑战，包括信号干扰、器件稳定性和长期可靠性需求，并提出了解决这些问题的持续创新方向，特别是在材料科学和器件工程领域。

（5）增强的时空分辨率被认为能够推动诊断精度、治疗反应性以及对动态生物系统的理解，为生物医学各学科带来深远影响。

图文解读

图1：生物学与生物电子学中的时空分辨率。

图 2：高分辨率生物电子界面的器件物理学。

图 3：用于高分辨率生物电子探测的代表性材料，采用自下而上和自上而下的方法。

图 4：通过材料和器件设计增强神经信号记录。

结论展望

随着生物电子学的发展，未来将通过高分辨率的时空精度实现更精确的生物系统交互，尤其是在神经假体和脑机接口等应用中，这将推动个体化治疗和精确医疗的发展。

其次，生物整合技术的进步，如合成生物学、活体生物电子学和微生理系统，能够模拟生物过程并实现无缝信号传递，为动态生物过程的实时监测提供可能。尤其是利用活体生物电子学与3D网络的整合，可以同步追踪电生理活动与基因表达，推动细胞层面的研究深入。

第三，神经形态学和量子传感系统的结合，为提高生物电子学的空间和时间分辨率提供了新思路，通过量子材料如纳米钻石的特性，实现对细胞和组织的高精度信号监测，增强生物系统的实时反馈能力。

最后，结合先进计算方法如机器学习和去噪技术，能够提升数据质量，精确分析复杂生物电信号，推动生物电子学向更高精度的方向发展。这些进展将为未来生物医学领域带来革命性的变化，推动精准医学和智能医疗的实现。

文献信息

Zhang, J., Cheng, Z., Li, P. et al. Materials and device strategies to enhance spatiotemporal resolution in bioelectronics. Nat Rev Mater (2025). https://doi.org/10.1038/s41578-025-00798-y

来源：朱老师讲VASP