融合生物和電路雙特征模式的生物電化學(xué)研究有望改變生物物理、生化分析、生物信息融合、生物醫(yī)學(xué)工程等基礎(chǔ)與應(yīng)用領(lǐng)域的研究面貌，生物電分析技術(shù)的突破是實(shí)現(xiàn)這一愿景的關(guān)鍵。然而，生物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與電子信號(hào)傳遞使用兩種截然不同的“語(yǔ)言”系統(tǒng)，如何在“生物-器件”微納傳感界面上耦合生物語(yǔ)言和電子信號(hào)語(yǔ)言，是實(shí)現(xiàn)“生物-電子”信號(hào)交互的基礎(chǔ)。微電極憑借其小尺寸、高靈敏度、高空間分辨率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于細(xì)胞、組織、器官甚至全動(dòng)物水平的電生理信號(hào)與電化學(xué)信號(hào)的采集。

電生理信號(hào)的微電極可用于腦電/心電監(jiān)測(cè)、神經(jīng)/心臟疾病診斷等領(lǐng)域，其檢測(cè)原理是：首先利用微電極檢測(cè)出生物電的電位變化，再經(jīng)由生物電放大器進(jìn)行低噪聲放大，最終實(shí)現(xiàn)高時(shí)空分辨率的生物電活動(dòng)監(jiān)測(cè)。電化學(xué)信號(hào)的微電極可用于神經(jīng)遞質(zhì)分析、細(xì)胞代謝分析、疾病標(biāo)志物監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，其檢測(cè)原理是：目標(biāo)分析物首先與固定化的生物敏感膜發(fā)生特異性結(jié)合，進(jìn)而引發(fā)可測(cè)的電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)微電極高效的電荷傳輸能力與表面修飾特性，將反應(yīng)產(chǎn)生的電子流轉(zhuǎn)化為與目標(biāo)分析物濃度成正比的電信號(hào)，再經(jīng)由信號(hào)處理電路放大輸出，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的快速、靈敏檢測(cè)。

以生命體系中的電活性分子、電子傳遞鏈、電活性細(xì)胞等作為研究對(duì)象，解析生命體系的質(zhì)荷傳輸及其反應(yīng)機(jī)理，探究跨“生物-器件”微納界面的質(zhì)荷傳輸機(jī)制和特性，從而構(gòu)建生物電子器件與微納功能界面，進(jìn)行生物活體的信號(hào)獲取和功能調(diào)控研究，為面向生命健康的生物電子元件、生物傳感器和醫(yī)學(xué)診療技術(shù)開(kāi)發(fā)提供跨學(xué)科理論基礎(chǔ)與技術(shù)創(chuàng)新。