人體是柔軟、具有曲線和持續變化的，現代電子設備是堅硬、平坦，物理上是靜止的。最近的研究得出了一整套先進材料、製造方法及設計布局，可消除這種顯著的性能失配。所得到的裝置可密切貼合在體表或整合至體內，具有診斷、治療或手術功能，在生物醫學研究和臨床醫學方麵具有獨特能力。這些新出現的技術具有促進人類健康，增進人們對生命體係了解的有力潛能。這些技術可分為3類：軟性、可注射及生物重吸收電子設備――均已在廣泛的動物研究中得到證實，有幾項已在初步人體試驗中得到證實。圖示為生物電子設備的照片。
軟性電子設備
將堅硬的無機功能材料塑形為薄的、開放的篩狀微結構，埋入柔軟有彈性的薄膜之中，為電子係統(如電路與傳感器)及光電子係統(如發光二極管與光電探測器)提供了一條路徑，可將其最新的操作特性與柔軟、有彈性的機械屬性相結合起來，即使是在大應變變形情況下亦如此。這類裝置可以彎曲、扭轉、折疊、伸展及緊密貼合纏繞至任意彎曲的物體，而性能不出現顯著變化1。采用生物相容性界麵材料時，這種力學能夠與重要器官係統(如腦、心髒和皮膚)柔軟的彎曲表麵密切整合，不產生束縛，其作用方式是構建和包被於標準堅硬印刷電路板上的傳統晶片裝置不可能實現的。相關示例包括表麵安裝電子傳感器和驅動器陣列的球囊導管，用於心內膜電生理的高分辨率標測和房顫的肺靜脈消融治療2。
相關的具體體現包括構建相似、經過特別塑形、可以包裹整個心髒的三維表麵的三維彈性膜，作為一種電子人工心包，能夠進行空間和時間程控起搏、低能除顫及其他形式的心髒電刺激治療3。采用這類相同概念構建的密布主動放大傳感器的可曲式薄板，可進行多路傳輸腦皮層電圖檢查，其分辨率遠超現用於指導某些類型癲癇治療的手術幹預的被動電極陣列4。技術上最為成熟的軟性電子設備的例子是，厚度及硬度與表皮匹配的裝置。該結果能夠使其難以覺察地緊貼皮膚表麵，可應用範圍從臨床診斷至健康狀況的連續監測5。已證實的操作模式包括測定近體表動脈的壓力脈搏波，測定熱導性能、硬度及皮膚的水合水平，測定與腦、心髒及骨骼肌活動相關的生物電位，以及測定全身運動與姿勢。現在的研究裝置具有無線供電與數據通信功能，可提供與傳統大型臨床設備相當的檢測可靠性6。睡眠研究、評價創傷愈合、確定皮膚惡性腫瘤特征，及對患有運動障礙的患者進行連續動態測定的人體試驗，提示了廣泛的近期機會。
可注射電子設備
這些想法的外延使我們不僅可以將電子設備運送至器官表麵，也可以運送至充分控製部位的深處。此時，柔韌纖維作為微型裝置組件的配套成分，用可釋放的細注射針，以微創方式將微型裝置組件運至靶部位。最先進的例子是多層堆疊的活性組分，包括無線控製的發光二極管，尺寸與單細胞相當，通過光遺傳學機製，刺激和監控中樞及外周神經係統中的特定神經元集群7。
在一個示例中，結果揭示了複雜行為與大腦結構和功能之間的聯係，藍斑是一個具有已知縱向去甲腎上腺素能細胞體的腦區，無線控製該部位的發光二極管，可激活多巴胺能神經元，產生足以調節行為的顯著刺激。在腦深部電刺激中，相同的概念有可能提供新的實用性能力，即用細胞等級的全集成電路取代標準刺激電極，而且還有在其他器官中應用的額外可能性。
生物重吸收電子設備
釋放上述注射針的過程，涉及與腦脊液接觸的一層薄薄的附著層的生物重吸收。最近的工作證實，在生物整合電子設備中，生物重吸收材料的概念可外延至整個功能係統，在係統中，所有主動和被動的材料，浸入生物流體時，均能夠有控製地、以可程控的速度完全溶解8。在細胞水平毒性研究與動物實驗中顯示出良好生物相容性的裝置，現在在傳感、無線數據傳輸、供電及驅動方麵已有廣泛選擇。已證實具有臨床相關應用價值的例子，包括設計用於清除手術部位感染的電子補片(appliques)，用於創傷性腦損傷患者的顱內壓及體溫監測儀，緩解疼痛及促進再生的神經刺激儀，用於術後恢複期的起搏器及電子編程藥物釋放載體。這類裝置在期待時間框架內取得了高性能、穩定的運行，然後完全吸收，以消除體內不必要的裝置負荷。這些裝置及其他可生物重吸收的電子係統的成功動物研究，證實它們具有滿足臨床需要的潛能。
展望
生物相容性電子設備帶來的新機遇，有可能對今後生物醫學研究及臨床治療帶來深遠的影響。多功能操作中選擇的可擴展性及多樣性，為今後的開發及應用帶來了多方位、富有希望的方向。一項重要的前景是，許多元件製造單元的材料及裝置設計，充分契合了消費者電子產業中的設計，因而可協同加速改進其性能及等級。這樣，才有可能真實地期待在數百平方厘米的麵積，以近數十億裝置的整合水平，分多層製式，形成亞微米維度的生物相容性晶體管、發光二極管、光電探測器、電極及接口。
最重要的近期機遇在於手術及診斷裝置，以及安裝在皮膚上的持續健康監控儀。生物重吸收傳感器及治療裝置，有時稱為生物電子醫學或電子療法，代表著其他具有重要前景的領域。長期視角包括將生物相容性電子設備用作長期植入體，其中一項關鍵的附加技術挑戰是開發柔韌材料層，它可作為堅固、經久耐用的生物流體屏障。該議題以及其他有關化學傳感器、主動式微流以及集電裝置議題，代表著富有希望的方向，與其相伴前行的是付出更直接的努力，將已證明的技術轉化為臨床實踐。
