Fiber-type soft bioelectronics for wearable and implantable sensing and therapy

Abstract

Fiber-type soft bioelectronics are revolutionizing wearable and implantable healthcare technologies by addressing critical clinical challenges, particularly minimizing the mismatch in mechanical stiffness between bioelectronics and biological tissues. These devices can seamlessly integrate with dynamic in vivo environments. Their inherent mechanical flexibility and structural adaptability enable applications in both confined sensitive regions and expansive highly mobile areas of the body. Beyond adaptability, fiber-type soft bioelectronics offer multifunctionality, enabling real-time biological signal acquisition, targeted drug delivery, and localized electrical stimulation. Moreover, fabric-based designs offer excellent conformability, making them suitable for long-term monitoring of physical, electrochemical, and electrophysiological signals. This article presents a comprehensive review on fiber-type soft bioelectronics technologies, with a focus on their wearable and implantable applications in healthcare. First, the fundamental requirements for these devices are outlined, describing the foundation for their design and functional integration. Technological advancements that fulfill those requirements are described based on actual examples. The review also examines the materials used for the fibers, highlighting their mechanical, electrical, and biocompatible properties. Next, strategies for fiber fabrication are discussed, including methods for transforming fibers into fabrics. Finally, recent breakthroughs in the applications of fiber- and fabric-type soft bioelectronics in health monitoring and therapeutic interventions are explored.

Keywords

fiber-type bioelectronics / implantable bioelectronics / sensing and therapy / soft materials / wearable bioelectronics

References

[1] T. Someya, Z. Bao, G. G. Malliaras, Nature 2016, 540, 379.

[2] C. Chen, S. Ding, J. Wang, Nat. Med. 2023, 29, 1623.

[3] K. W. Cho, S.-H. Sunwoo, Y. J. Hong, J. H. Koo, J. H. Kim, S. Baik, T. Hyeon, D.-H. Kim, Chem. Rev. 2022, 122, 5068.

[4] H. J. Kim, H. Choi, D.-H. Kim, D. Son, Nano Lett. 2024, 24, 8453.

[5] H. C. Ates, P. Q. Nguyen, L. Gonzalez-Macia, E. Morales-Narváez, F. Güder, J. J. Collins, C. Dincer, Nat. Rev. Mater. 2022, 7, 887.

[6] G. D. Cha, W. H. Lee, S.-H. Sunwoo, D. Kang, T. Kang, K. W. Cho, M. Kim, O. K. Park, D. Jung, J. Lee, S. H. Choi, T. Hyeon, D.-H. Kim, ACS Nano 2022, 16, 554.

[7] Y. Shin, H. S. Lee, Y. J. Hong, S.-H. Sunwoo, O. K. Park, S. H. Choi, D.-H. Kim, S. Lee, Sci. Adv. 2024, 10, eadi7724.

[8] H. J. Kim, S.-H. Sunwoo, J. H. Koo, D.-H. Kim, Korean J. Chem. Eng. 2025, 42, 2037.

[9] S.-H. Sunwoo, K. H. Ha, S. Lee, N. Lu, D.-H. Kim, Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2021, 12, 359.

[10] Y. Shin, H. S. Lee, H. Jeong, D.-H. Kim, Wearable Electron. 2024, 1, 255.

[11] Y. Huang, K. Yao, Q. Zhang, X. Huang, Z. Chen, Y. Zhou, X. Yu, Chem. Soc. Rev. 2024, 53, 8632.

[12] X. Zhao, Y. Zhou, Y. Song, J. Xu, J. Li, T. Tat, G. Chen, S. Li, J. Chen, Nat. Mater. 2024, 23, 703.

[13] Y. Shen, D. Jin, M. Fu, S. Liu, Z. Xu, Q. Cao, B. Wang, G. Li, W. Chen, S. Liu, X. Ma, Nat. Commun. 2023, 14, 6276.

[14] J. Li, Y. Liu, L. Yuan, B. Zhang, E. S. Bishop, K. Wang, J. Tang, Y.-Q. Zheng, W. Xu, S. Niu, L. Beker, T. L. Li, G. Chen, M. Diyaolu, A.-L. Thomas, V. Mottini, J. B.-H. Tok, J. C. Y. Dunn, B. Cui, S. P. Pasca, Y. Cui, A. Habtezion, X. Chen, Z. Bao, Nature 2022, 606, 94.

[15] P. L. Floch, S. Zhao, R. Liu, N. Molinari, E. Medina, H. Shen, Z. Wang, J. Kim, H. Sheng, S. Partarrieu, W. Wang, C. Sessler, G. Zhang, H. Park, X. Gong, A. Spencer, J. Lee, T. Ye, X. Tang, X. Wang, K. Bertoldi, N. Lu, B. Kozinsky, Z. Suo, J. Liu, Nat. Nanotechnol. 2024, 19, 319.

[16] S. Zhou, X. Gao, G. Park, X. Yang, B. Qi, M. Lin, H. Huang, Y. Bian, H. Hu, X. Chen, R. S. Wu, B. Liu, W. Yue, C. Lu, R. Wang, P. Bheemreddy, S. Qin, A. Lam, K. A. Wear, M. Andre, E. B. Kistler, D. W. Newell, S. Xu, Nature 2024, 629, 810.

[17] H. U. Chung, A. Y. Rwei, A. Hourlier-Fargette, S. Xu, K. Lee, E. C. Dunne, Z. Xie, C. Liu, A. Carlini, D. H. Kim, D. Ryu, E. Kulikova, J. Cao, I. C. Odland, K. B. Fields, B. Hopkins, A. Banks, C. Ogle, D. Grande, J. B. Park, J. Kim, M. Irie, H. Jang, J. Lee, Y. Park, J. Kim, H. H. Jo, H. Hahm, R. Avila, Y. Xu, M. Namkoong, J. W. Kwak, E. Suen, M. A. Paulus, R. J. Kim, B. V. Parsons, K. A. Human, S. S. Kim, M. Patel, W. Reuther, H. S. Kim, S. H. Lee, J. D. Leedle, Y. Yun, S. Rigali, T. Son, I. Jung, H. Arafa, V. R. Soundararajan, A. Ollech, A. Shukla, A. Bradley, M. Schau, C. M. Rand, L. E. Marsillio, Z. L. Harris, Y. Huang, A. Hamvas, A. S. Paller, D. E. Weese-Mayer, J. Y. Lee, J. A. Roger, Nat. Med. 2020, 26, 418.

[18] M. Röthlisberger, S. Dul, P. Meier, G. Giovannini, R. Hufenus, E. Perret, Polymer 2024, 298, 126885.

[19] H. Lee, T. K. Choi, Y. B. Lee, H. R. Cho, R. Ghaffari, L. Wang, H. J. Choi, T. D. Chung, N. Lu, T. Hyeon, S. H. Choi, D.-H. Kim, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 566.

[20] H. Li, J. Wang, Y. Fang, Microsyst. Nanoeng 2023, 9, 4.

[21] G. D. Cha, M. Kim, O. K. Park, S.-H. Sunwoo, T. Kang, W. H. Lee, S. Nam, T. Hyeon, S. H. Choi, D.-H. Kim, Small Methods 2023, 7, 2300032.

[22] C. Zhu, J. Wu, J. Yan, X. Liu, Adv. Fiber Mater. 2023, 5, 12.

[23] M. Chen, Z. Wang, K. Li, X. Wang, L. Wei, Adv. Fiber Mater. 2021, 3, 1.

[24] L. Wei, S. Wang, M. Shan, Y. Li, Y. Wang, F. Wang, L. Wang, J. Mao, Bioact. Mater. 2023, 22, 343.

[25] C. Lim, Y. J. Hong, J. Jung, Y. Shin, S.-H. Sunwoo, S. Baik, O. K. Park, S. H. Choi, T. Hyeon, D.-H. Kim, S. Lee, D. H. Kim, Sci. Adv. 2021, 7, eabd3716.

[26] T. Kang, G. D. Cha, O. K. Park, H. R. Cho, M. Kim, J. Lee, D. Kim, B. Lee, J. Chu, S. Koo, T. Hyeon, D.-H. Kim, S. H. Choi, ACS Nano 2023, 17, 5435.

[27] S.-H. Sunwoo, S. I. Han, C. S. Park, J. H. Kim, J. S. Georgiou, S.-P. Lee, D.-H. Kim, T. Hyeon, Nat. Rev. Bioeng. 2024, 2, 8.

[28] J. Yin, S. Wang, T. Tat, J. Chen, Nat. Rev. Bioeng. 2024, 2, 541.

[29] C. Zhao, J. Park, S. E. Root, Z. Bao, Nat. Rev. Bioeng. 2024, 2, 671.

[30] N. V. Apollo, M. I. Maturana, W. Tong, D. A. Nayagam, M. N. Shivdasani, J. Foroughi, G. G. Wallace, S. Prawer, M. R. Ibbotson, D. J. Garrett, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3551.

[31] M. Hejazi, W. Tong, M. R. Ibbotson, S. Prawer, D. J. Garrett, Front. Neurosci. 2021, 15, 658703.

[32] S. Nam, G. D. Cha, S.-H. Sunwoo, J. H. Jeong, H. Kang, O. K. Park, K. Y. Lee, S. Oh, T. Hyeon, S. H. Choi, S.-P. Lee, D.-H. Kim, Adv. Mater. 2024, 36, 2404101.

[33] A. Sahasrabudhe, L. E. Rupprecht, S. Orguc, T. Khudiyev, T. Tanaka, J. Sands, W. Zhu, A. Tabet, M. Manthey, H. Allen, G. Loke, M.-J. Antonini, D. Rosenfeld, J. Park, I. C. Garwood, W. Yan, F. Niroui, Y. Fink, A. Chandrakasan, D. V. Bohórquez, P. Anikeeva, Nat. Biotechnol. 2024, 42, 892.

[34] C. Tang, Z. Han, Z. Liu, W. Li, J. Shen, K. Zhang, S. Mai, J. Li, X. Sun, X. Chen, H. Li, L. Wang, J. Liang, M. Liao, J. Feng, C. Wang, J. Wang, L. Ye, Y. Yang, S. Xie, X. Shi, K. Zeng, X. Zhang, X. Cheng, K. Zhang, Y. Guo, H. Yang, Y. Xu, Q. Tong, H. Yu, P. Chen, H. Peng, X. Sun, Adv. Mater. 2024, 36, 2407874.

[35] L. Bi, R. Garg, N. Noriega, R. J. Wang, H. Kim, K. Vorotilo, J. C. Burrell, C. E. Shuck, F. Vitale, B. A. Patel, Y. Gogotsi, ACS Nano 2024, 18, 23217.

[36] X. Liu, K. Wang, M. A. González-González, M. Romero-Ortega, G. G. Wallace, Front. Sens. 2022, 3, 873862.

[37] Y. Zhang, J. Zhou, Y. Zhang, D. Zhang, K. T. Yong, J. Xiong, Adv. Sci. 2022, 9, 2203808.

[38] Y. Ding, J. Jiang, Y. Wu, Y. Zhang, J. Zhou, Y. Zhang, Q. Huang, Z. Zheng, Chem. Rev. 2024, 124, 1535.

[39] Y. Zhang, H. Wang, H. Lu, S. Li, Y. Zhang, iScience 2021, 24, 7.

[40] R. Wei, H. Li, Z. Chen, Q. Hua, G. Shen, K. Jiang, npj Flex. Electron. 2024, 8, 83.

[41] T. Tat, G. Chen, X. Zhao, Y. Zhou, J. Xu, J. Chen, ACS Nano 2022, 16, 13301.

[42] Y. Yu, G. Zheng, K. Dai, W. Zhai, K. Zhou, Y. Jia, G. Zheng, Z. Zhang, C. Liu, C. Shen, Mater. Horiz. 2021, 8, 1037.

[43] J. Xiong, J. Chen, P. S. Lee, Adv. Mater. 2021, 33, 2002640.

[44] G. Buzsáki, C. A. Anastassiou, C. Koch, Nat. Rev. Neurosci. 2012, 13, 407.

[45] L. Cheng, J. Li, A. Guo, J. Zhang, npj Flex. Electron. 2023, 7, 39.

[46] V. Kledrowetz, L. Fujcik, R. Prokop, J. Háze, Sensors 2020, 20, 4137.

[47] N. Wolpert, I. Rebollo, C. Tallon-Baudry, Psychophysiology 2020, 57, e13599.

[48] D. Komorowski, S. Pietraszek, E. Tkacz, I. Provaznik, Biomed. Eng. Online 2015, 14, 60.

[49] S. Yoo, M. Kim, C. Choi, D.-H. Kim, G. D. Cha, Adv. Healthcare Mater. 2024, 13, 2303563.

[50] M. Kim, H. Lee, S. Nam, D.-H. Kim, G. D. Cha, Acc. Chem. Res. 2024, 57, 1633.

[51] S. Conti, Nat. Rev. Electr. Eng. 2024, 1, 495.

[52] E. T. Attar, Neurosci. J. 2022, 27, 209.

[53] H. Moon, J. Kwon, J. Eun, C. K. Chung, J. S. Kim, N. Chou, S. Kim, Adv. Mater. Technol. 2024, 9, 2301692.

[54] K. Xie, S. Zhang, S. Dong, S. Li, C. Yu, K. Xu, W. Chen, W. Guo, J. Luo, Z. Wu, Sci. Rep. 2017, 7, 7808.

[55] Q. Zhu, Y. Liang, Z. Fan, Y. Liu, C. Zhou, H. Zhang, T. Li, Y. Zhou, J. Yang, L. Wang, Clin. Neurol. Neurosurg. 2022, 212, 107054.

[56] Y. Xie, Z. Zhang, M. Liu, J. Guo, M. Xu, L. Zhou, L. Zhang, L. Yao, X. Zhou, Z. Hu, L. Ma, X. Li, Y. Guo, J. Lei, Y. Cao, M. Zhang, H. Wang, H. Ding, X. Fu, L. Yin, (Preprint) bioRxiv, 2024.08.18.608446, v1, submitted: Aug 2024.

[57] S. I. Han, S.-H. Sunwoo, C. S. Park, S. P. Lee, T. Hyeon, D.-H. Kim, ACS Nano 2024, 18, 12025.

[58] J. S. Fleming, Proc. R. Soc. Med. 1966, 59, 683.

[59] Y.-C. Yeh, W.-J. Wang, Comput. Methods Programs Biomed. 2008, 91, 245.

[60] A. Goen, D. C. Tiwari, Int. J. Electr. Comput. 2013, 7, 1429.

[61] L. Xie, Z. Li, Y. Zhou, Y. He, J. Zhu, Sensors 2020, 20, 6318.

[62] Y. Qiao, L. Qiao, Z. Chen, B. Liu, L. Gao, L. Zhang, Chemosensors 2022, 10, 273.

[63] H. H. Jung, H. Lee, J. Yea, K. I. Jang, Soft Sci. 2024, 4, 15.

[64] K. O. Rojek, M. Cwiklinska, J. Kuczak, J. Guzowski, Chem. Rev. 2022, 122, 16839.

[65] J. Liu, H. Zheng, P. S. Poh, H. G. Machens, A. F. Schilling, Int. J. Mol. Sci. 2015, 16, 15997.

[66] V. I. Egorov, I. V. Schastlivtsev, E. V. Prut, A. O. Baranov, R. A. Turusov, J. Biomech. 2002, 35, 1417.

[67] K. K. Amirtharaj Mosas, A. R. Chandrasekar, A. Dasan, A. Pakseresht, D. Galusek, Gels 2022, 8, 323.

[68] D. Son, J. Lee, D. J. Lee, R. Ghaffari, S. Yun, S. J. Kim, J. E. Lee, H. R. Cho, S. Yoon, S. Yang, S. Lee, S. Qiao, D. Ling, S. Shin, J.-K. Song, J. Kim, T. Kim, H. Lee, J. Kim, M. Soh, N. Lee, C. S. Hwang, S. Nam, N. Lu, T. Hyeon, S. H. Choi, D.-H. Kim, ACS Nano 2015, 9, 5937.

[69] G. Liu, Z. Lv, S. Batool, M.-Z. Li, P. Zhao, L. Guo, Y. Wang, Y. Zhou, S.-T. Han, Small 2023, 19, 2207879.

[70] Y. Li, N. Li, N. De Oliveira, S. Wang, Matter 2021, 4, 1125.

[71] X. Xie, J. C. Doloff, V. Yesilyurt, A. Sadraei, J. J. McGarrigle, M. Omami, O. Veiseh, S. Farah, D. Isa, S. Ghani, I. Joshi, A. Vegas, J. Li, W. Wang, A. Bader, H. H. Tam, J. Tao, H.-j. Chen, B. Yang, K. A. Williamson, J. Oberholzer, R. Langer, D. G. Anderson, Nat. Biomed. Eng. 2018, 2, 894.

[72] Y. Onuki, U. Bhardwaj, F. Papadimitrakopoulos, D. J. Burgess, J. Diabetes Sci. Technol. 2008, 2, 1003.

[73] H. S. Kim, T. Baby, J. H. Lee, U. S. Shin, H. W. Kim, Med-X 2024, 2, 7.

[74] F. Decataldo, T. Cramer, D. Martelli, I. Gualandi, W. S. Korim, S. T. Yao, M. Tessarolo, M. Murgia, E. Scavetta, R. Amici, B. Fraboni, Sci. Rep. 2019, 9, 10598.

[75] S. Oh, S. Lee, S. W. Kim, C. Y. Kim, E. Y. Jeong, J. Lee, D. A. Kwon, J.-W. Jeong, Biosens. Bioelectron. 2024, 258, 116328.

[76] R. Feiner, T. Dvir, Nat. Rev. Mater. 2017, 3, 1.

[77] J. H. Koo, J. K. Song, D.-H. Kim, D. Son, ACS Mater. Lett. 2021, 3, 1528.

[78] C. Park, M. S. Kim, H. H. Kim, S.-H. Sunwoo, D. J. Jung, M. K. Choi, D.-H. Kim, Appl. Phys. Lett. 2022, 9, 021312.

[79] J. Park, S. Choi, A. H. Janardhan, S. Y. Lee, S. Raut, J. Soares, K. Shin, S. Yang, C. Lee, K.-W. Kang, H. R. Cho, S. J. Kim, P. Seo, W. Hyun, S. Jung, H.-J. Lee, N. Lee, S. H. Choi, M. Sacks, N. Lu, M. E. Josephson, T. Hyeon, D.-H. Kim, H. J. Hwang, Sci. Transl. Med. 2016, 8, 344ra86.

[80] L. Li, H. Xiang, Y. Xiong, H. Zhao, Y. Bai, S. Wang, F. Sun, M. Hao, L. Liu, T. Li, Z. Peng, J. Xu, T. Zhang, Adv. Sci. 2018, 5, 1800558.

[81] S. Lin, W. Yang, X. Zhu, Y. Lan, K. Li, Q. Zhang, Y. Li, C. Hou, H. Wang, Nat. Commun. 2024, 15, 2374.

[82] Y. Fang, J. Feng, X. Shi, Y. Yang, J. Wang, X. Sun, W. Li, X. Sun, H. Peng, Nano Res. 2023, 16, 11885.

[83] G.-H. Lee, D. H. Lee, W. Jeon, J. Yoon, K. Ahn, K. S. Nam, M. Kim, J. K. Kim, Y. H. Koo, J. Joo, W. Jung, J. Lee, J. Nam, S. Park, J.-W. Jeong, S. Park, Nat. Commun. 2023, 14, 4173.

[84] X. Liu, S. Rao, W. Chen, K. Felix, J. Ni, A. Sahasrabudhe, S. Lin, Q. Wang, Y. Liu, Z. He, J. Xu, S. Huang, E. Hong, T. Yau, P. Anikeeva, X. Zhao, Nat. Methods 2023, 20, 1802.

[85] J. Kim, C. Yang, T. Yun, S. Woo, H. Kim, M. Lee, M. Jeong, H. Ryu, N. Kim, S. Park, J. Lee, Adv. Sci. 2023, 10, 2206186.

[86] R. Xie, Q. Yu, D. Li, X. Han, X. Xu, J. Huang, W. Yan, X. Zhou, X. Deng, Q. Tian, Q. Li, H. Li, H. Zheng, G. Li, F. Han, T. Xu, Z. Liu, (Preprint) bioRxiv 2023.10.02.560392, v2, submitted: Nov 2023.

[87] L. Wang, S. Xie, Z. Wang, F. Liu, Y. Yang, C. Tang, X. Wu, P. Liu, Y. Li, H. Saiyin, S. Zheng, X. Sun, F. Xu, H. Yu, H. Peng, Nat. Biomed. Eng. 2020, 4, 159.

[88] S. R. Barman, S.-W. Chan, F.-C. Kao, H.-Y. Ho, I. Khan, A. Pal, C.-C. Huang, Z.-H. Lin, Sci. Adv. 2023, 9, eadc8758.

[89] L. Wang, L. Wang, Y. Zhang, J. Pan, S. Li, X. Sun, B. Zhang, H. Peng, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804456.

[90] H. J. Shim, S.-H. Sunwoo, Y. Kim, J. H. Koo, D.-H. Kim, Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2002105.

[91] S. Choi, S. I. Han, D. Kim, T. Hyeon, D.-H. Kim, Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 1566.

[92] S. Nam, C. Park, S.-H. Sunwoo, M. Kim, H. Lee, M. Lee, D.-H. Kim, Soft Sci. 2023, 3, 28.

[93] D. Jung, C. Lim, C. Park, Y. Kim, M. Kim, S. Lee, H. Lee, J. H. Kim, T. Hyeon, D.-H. Kim, Adv. Mater. 2022, 34, 2200980.

[94] H. J. Kim, D. Jung, S.-H. Sunwoo, S. Jung, J. H. Koo, D.-H. Kim, Adv. Nanobiomed Res. 2023, 3, 2200153.

[95] W. Fan, C. Li, X. Li, H. Tian, ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 28806.

[96] X. Li, X. Song, L. Zhang, Y. Huang, Y. Tong, Y. Chen, C. Zhang, H. Wu, P. Ma, ACS Appl. Electron. Mater. 2024, 6, 6131.

[97] W. Yang, S. Lin, W. Gong, R. Lin, C. Jiang, X. Yang, Y. Hu, J. Wang, X. Xiao, K. Li, Y. Li, Q. Zhang, J. S. Ho, Y. Liu, C. Hou, H. Wang, Science 2024, 384, 74.

[98] X. Zhao, Y. Zhou, J. Xu, G. Chen, Y. Fang, T. Tat, X. Xiao, Y. Song, S. Li, J. Chen, Nat. Commun. 2021, 12, 6755.

[99] M. Chen, Z. Wang, Q. Zhang, Z. Wang, W. Liu, M. Chen, L. Wei, Nat. Commun. 2021, 12, 1416.

[100] Y.-C. Lai, H. W. Lu, H. M. Wu, D. Zhang, J. Yang, J. Ma, M. Shamsi, V. Vallem, M. D. Dickey, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2100411.

[101] C. Dong, A. Leber, T. Das Gupta, R. Chandran, M. Volpi, Y. Qu, T. Nguyen-Dang, N. Bartolomei, W. Yan, F. Sorin, Nat. Commun. 2020, 11, 3537.

[102] T. Li, Y. Yuan, L. Gu, J. Li, Y. Shao, S. Yan, Y. Zhao, C. Carlos, Y. Dong, H. Qian, X. Wang, W. Wu, S. Wang, Z. Wang, X. Wang, Sci. Adv. 2024, 10, eadn8706.

[103] C. Ning, K. Dong, R. Cheng, J. Yi, C. Ye, X. Peng, F. Sheng, Y. Jiang, Z. L. Wang, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2006679.

[104] H. Li, Y. Liu, S. Liu, P. Li, C. Zhang, C. He, Composites, Part A 2023, 166, 107386.

[105] Y. K. Kim, S.-H. Hwang, H.-J. Seo, S. M. Jeong, S. K. Lim, Nano Energy 2022, 97, 107216.

[106] G.-Y. Li, J. Li, Z.-J. Li, Y.-P. Zhang, X. Zhang, Z.-J. Wang, W.-P. Han, B. Sun, Y.-Z. Long, H.-D. Zhang, Adv. Compos. Hybrid Mater. 2022, 5, 766.

[107] Y. Huang, S. Chen, Y. Li, Q. Lin, Y. Wu, Q. Shi, Chem. Eng. J. 2024, 488, 150997.

[108] N. Wen, Z. Fan, S. Yang, Y. Zhao, C. Li, T. Cong, H. Huang, J. Zhang, X. Guan, L. Pan, Chem. Eng. J. 2021, 426, 130816.

[109] Y. Kim, Y. Lee, J. Yoo, K. S. Nam, W. Jeon, S. Lee, S. Park, ACS Nano 2024, 18, 13277.

[110] T. Ding, K. H. Chan, Y. Zhou, X.-Q. Wang, Y. Cheng, T. Li, G. W. Ho, Nat. Commun. 2020, 11, 6006.

[111] J. Song, S. Chen, L. Sun, Y. Guo, L. Zhang, S. Wang, H. Xuan, Q. Guan, Z. You, Adv. Mater. 2020, 32, 1906994.

[112] H. Lu, Y. Zhang, M. Zhu, S. Li, H. Liang, P. Bi, S. Wang, H. Wang, L. Gan, X.-E. Wu, Y. Zhang, Nat. Commun. 2024, 15, 3289.

[113] S. Wu, Z. Liu, C. Gong, W. Li, S. Xu, R. Wen, W. Feng, Z. Qiu, Y. Yan, Nat. Commun. 2024, 15, 4441.

[114] G. Chen, G. Wang, X. Tan, K. Hou, Q. Meng, P. Zhao, S. Wang, J. Zhang, Z. Zhou, T. Chen, Y. Cheng, B. S. Hsiao, E. Reichmanis, M. Zhu, Natl. Sci. Rev. 2021, 8, nwaa209.

[115] M. Murillo, A. Sánchez, A. Gil, G. Araya-Letelier, C. Burbano-Garcia, Y. Silva, Case Stud. Constr. Mater. 2024, 20, e02812.

[116] Y. Zhou, C. Gu, J. Liang, B. Zhang, H. Yang, Z. Zhou, M. Li, L. Sun, T. H. Tao, X. Wei, Microsyst. Nanoeng 2022, 8, 118.

[117] Y. Li, Y. Gao, L. Lan, Q. Zhang, L. Wei, M. Shan, L. Guo, F. Wang, J. Mao, Z. Zhang, L. Wang, npj Flexible Electron. 2022, 6, 42.

[118] P. Calvert, Adv. Mater. 2009, 21, 743.

[119] O. Jeon, K. H. Bouhadir, J. M. Mansour, E. Alsberg, Biomaterials 2009, 30, 2724.

[120] X. Zhao, F. Chen, Y. Li, H. Lu, N. Zhang, M. Ma, Nat. Commun. 2018, 9, 3579.

[121] X. Zhou, F. Zhao, Y. Guo, B. Rosenberger, G. Yu, Sci. Adv. 2019, 5, eaaw5484.

[122] S. Park, H. Yuk, R. Zhao, Y. S. Yim, E. W. Woldeghebrie, l, J. Kang, A. Canales, Y. Fink, G. B. Choi, X. Zhao, P. Anikeeva, Nat. Commun. 2021, 12, 3435.

[123] M. Chen, T. Runge, L. Wang, R. Li, J. Feng, X.-L. Shu, Q.-S. Shi, Carbohydr. Polym. 2018, 200, 115.

[124] K. Y. Lee, D. J. Mooney, Chem. Rev. 2001, 101, 1869.

[125] M. Wang, P. Zhang, M. Shamsi, J. L. Thelen, W. Qian, V. K. Truong, J. Ma, J. Hu, M. D. Dickey, Nat. Mater. 2022, 21, 359.

[126] J. Li, D. J. Mooney, Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16071.

[127] C. Yang, Z. Suo, Nat. Rev. Mater. 2018, 3, 125.

[128] M. Yao, B. Wu, X. Feng, S. Sun, P. Wu, Adv. Mater. 2021, 33, 2103755.

[129] C.-W. Nan, Y. Shen, J. Ma, Annu. Rev. Mater. Res. 2010, 40, 131.

[130] F. C. Walsh, Trans. IMF 1991, 69, 107.

[131] M. Sagawa, S. Fujimura, N. Togawa, H. Yamamoto, Y. Matsuura, J. Appl. Phys. 1984, 55, 2083.

[132] J. Herbst, Rev. Mod. Phys. 1991, 63, 819.

[133] S.-H. Sunwoo, S. I. Han, D. Jung, M. Kim, S. Nam, H. Lee, S. Choi, H. Kang, Y. S. Cho, D.-H. Yeom, M.-J. Cha, S. Lee, S.-P. Lee, T. Hyeon, D.-H. Kim, ACS Nano 2023, 17, 7550.

[134] B. Earp, D. Dunn, J. Phillips, R. Agrawal, T. Ansell, P. Aceves, I. De Rosa, W. Xin, C. Luhrs, Mater. Res. Bull. 2020, 131, 110969.

[135] F. Guo, C. Li, J. Wei, R. Xu, Z. Zhang, X. Cui, K. Wang, D. Wu, Mater. Res. Express 2015, 2, 095604.

[136] L. Jia, S. Zhou, A. Ahmed, Z. Yang, S. Liu, H. Wang, F. Li, M. Zhang, Y. Zhang, L. Sun, Chem. Eng. J. 2023, 475, 146361.

[137] S. Lim, H. Park, G. Yamamoto, C. Lee, J. W. Suk, Nanomaterials 2021, 11, 2575.

[138] D. Chen, H. Feng, J. Li, Chem. Rev. 2012, 112, 6027.

[139] R. C. Chiechi, E. A. Weiss, M. D. Dickey, G. M. Whitesides, Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 142.

[140] H. Zhu, S. Wang, M. Zhang, T. Li, G. Hu, D. Kong, npj. Flexible Electron 2021, 5, 25.

[141] H. Shi, C. Liu, Q. Jiang, J. Xu, Adv. Electron. Mater. 2015, 1, 1500017.

[142] R. Balint, N. J. Cassidy, S. H. Cartmell, Acta Biomater. 2014, 10, 2341.

[143] B. Sun, W. Hong, E. S. Thibau, H. Aziz, Z.-H. Lu, Y. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 18662.

[144] T. Pelras, S. Glass, T. Scherzer, C. Elsner, A. Schulze, B. Abel, Polymers 2017, 9, 639.

[145] N. Jiang, R. Ahmed, A. A. Rifat, J. Guo, Y. Yin, Y. Montelongo, H. Butt, A. K. Yetisen, Adv. Opt. Mater. 2018, 6, 1701118.

[146] L. Lu, W. Ding, J. Liu, B. Yang, Nano Energy 2020, 78, 105251.

[147] N. Sohal, B. Maity, N. P. Shetti, S. Basu, ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 2285.

[148] N. Bhadwal, R. Ben Mrad, K. Behdinan, Sensors 2023, 23, 3859.

[149] S. Goel, B. Kumar, J. Alloys Compd. 2020, 816, 152491.

[150] S. Stankic, S. Suman, F. Haque, J. Vidic, J. Nanobiotechnol. 2016, 14, 73.

[151] S. Zhang, M. Zhou, M. Liu, Z. H. Guo, H. Qu, W. Chen, S. C. Tan, Nat. Commun. 2023, 14, 3245.

[152] S. Zhang, Y. Zhou, A. Libanori, Y. Deng, M. Liu, M. Zhou, H. Qu, X. Zhao, P. Zheng, Y.-L. Zhu, J. Chen, S. C. Tan, Nat. Electron. 2023, 6, 338.

[153] C. Kwon, D. Seong, J. Ha, D. Chun, J.-H. Bae, K. Yoon, M. Lee, J. Woo, C. Won, S. Lee, Y. Mei, K.-I. Jang, D. Son, T. Lee, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2005447.

[154] M. Lee, Y. Lee, J. H. Choi, H. Kim, D. Jeong, K. Park, J. Kim, J. Park, W. Y. Jang, J. Seo, J. Lee, ACS Nano 2024, 18, 12210.

[155] M. Kanik, S. Orguc, G. Varnavides, J. Kim, T. Benavides, D. Gonzalez, T. Akintilo, C. C. Tasan, A. P. Chandrakasan, Y. Fink, P. Anikeeva, Science 2019, 365, 145.

[156] H. Lee, H. J. Kim, Y. Shin, D.-H. Kim, Sci. Rep. 2024, 14, 1393.

[157] D. Jung, Y. Kim, H. Lee, S. Jung, C. Park, T. Hyeon, D.-H. Kim, Adv. Mater. 2023, 35, 2303458.

[158] S. Choi, J. Park, W. Hyun, J. Kim, J. Kim, Y. B. Lee, C. Song, H. J. Hwang, J. H. Kim, T. Hyeon, D.-H. Kim, ACS Nano 2015, 9, 6626.

[159] J. Kim, G. D. Cha, M. Kim, S.-P. Lee, S.-H. Sunwoo, D.-H. Kim, Adv. Nanobiomed Res. 2024, 5, 2400143.

[160] S.-H. Sunwoo, M.-J. Cha, S. I. Han, H. Kang, Y. S. Cho, D.-H. Yeom, C. S. Park, N. K. Park, S. W. Choi, S. J. Kim, G. D. Cha, D. Jung, S. Choi, S. Oh, G.-B. Nam, T. Hyeon, D.-H. Kim, S.-P. Lee, Sci. Adv. 2023, 9, eadf6856.

[161] S. Choi, S. I. Han, D. Jung, H. J. Hwang, C. Lim, S. Bae, O. K. Park, C. M. Tschabrunn, M. Lee, S. Y. Bae, J. W. Yu, J. H. Ryu, S.-W. Lee, K. Park, P. M. Kang, W. B. Lee, R. Nezafat, T. Hyeon, D.-H. Kim, Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 1048.

[162] C. Lim, S. Lee, H. Kang, Y. S. Cho, D.-H. Yeom, S.-H. Sunwoo, C. Park, S. Nam, J. H. Kim, S.-P. Lee, D.-H. Kim, T. Hyeon, Adv. Mater. 2024, 36, 2407931.

[163] C. Lim, C. Park, S.-H. Sunwoo, Y. G. Kim, S. Lee, S. I. Han, D. Kim, J. H. Kim, D.-H. Kim, T. Hyeon, ACS Nano 2022, 16, 10431.

[164] H. Seo, S. I. Han, K.-I. Song, D. Seong, K. Lee, S. H. Kim, T. Park, J. H. Koo, M. Shin, H. W. Baac, O. K. Park, S. J. Oh, H.-S. Han, H. Jeon, Y.-C. Kim, D.-H. Kim, T. Hyeon, D. Son, Adv. Mater. 2021, 33, 2007346.

[165] S. Chen, L. Qiu, H.-M. Cheng, Chem. Rev. 2020, 120, 2811.

[166] J. Wang, L. Wang, Y. Yang, H. Li, X. Huang, Z. Liu, S. Yu, C. Tang, J. Chen, X. Shi, W. Li, P. Chen, Q. Tong, H. Yu, X. Sun, H. Peng, Adv. Mater. 2024, 36, 2309862.

[167] X. Chen, J. A. Rogers, S. P. Lacour, W. Hu, D.-H. Kim, Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 1431.

[168] X. Zhang, W. Lu, G. Zhou, Q. Li, Adv. Mater. 2020, 32, 1902028.

[169] Y. Wang, X. Qing, Q. Zhou, Y. Zhang, Q. Liu, K. Liu, W. Wang, M. Li, Z. Lu, Y. Chen, D. Wang, Biosens. Bioelectron. 2017, 95, 138.

[170] T. Daeneke, K. Khoshmanesh, N. Mahmood, I. A. De Castro, D. Esrafilzadeh, S. J. Barrow, M. D. Dickey, K. Kalantar-Zadeh, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 4073.

[171] M. D. Dickey, Adv. Mater. 2017, 29, 1606425.

[172] H. Li, R. Qu, Z. Ma, N. Zhou, Q. Huang, Z. Zheng, Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2308120.

[173] N. A. Ahmand Shahrim, Z. Ahmand, A. W. Azman, Y. F. Buys, N. Sarifuddin, Mater. Adv. 2022, 2, 7118.

[174] T. Sun, B. Zhou, Q. Zheng, L. Wang, W. Jiang, G. J. Snyder, Nat. Commun. 2020, 11, 572.

[175] A. L. Pang, A. Arsad, M. Ahmadipour, Polym. Adv. Technol. 2020, 32, 1428.

[176] M. Khatib, E. T. Zhao, S. Wei, A. Abramson, E. S. Bishop, C.-H. Chen, A.-L. Thomas, C. Xu, J. Park, Y. Lee, R. Hamnett, W. Yu, S. E. Root, L. Yuan, D. Chakhtoura, K. K. Kim, D. Zhong, Y. Nishio, C. Zhao, C. Wu, Y. Jiang, A. Zhang, J. Li, W. Wang, F. Salimi-Jazi, T. A. Rafeeqi, N. M. Hemed, J. B.-H. Tok, X. Chen, J. A. Kaltschmidt, J. C. Y. Dunn, Z. Bao, (Preprint) bioRxiv 2023.10.02.560482, v1, submitted: Oct 2023.

[177] D. B. Kim, J. Han, S. M. Sung, M. S. Kim, B. K. Choi, S. J. Park, H. R. Hong, H. J. Choi, B. K. Kim, C. H. Park, J. H. Paik, J. S. Lee, Y. S. Cho, npj Flex. Electron. 2022, 6, 69.

[178] C. Mota, M. Labardi, L. Trombi, L. Astolfi, M. D'Acunto, D. Puppi, G. Gallone, F. Chiellini, S. Berrettini, L. Bruschini, S. Danti, Mater. Des. 2017, 122, 206.

[179] F. Mokhtari, H. Y. Nam, A. Ruhparwar, R. Raad, J. M. Razal, R. J. Varley, C. H. Wang, J. Foroughi, J. Mater. Chem. B 2024, 12, 9727.

[180] F. Mokhtari, S. Danti, B. Azimi, F. Hellies, E. Zanoletti, G. Albertin, L. Astolfi, R. J. Varley, J. M. Razal, Energy Environ. Mater. 2025, 8, e12807.

[181] X. Tian, X. Cheng, S. Liao, J. Chen, P. Lv, Q. Wei, ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 52415.

[182] H. Hu, C. Yang, F. Chen, J. Li, X. Jia, Y. Wang, X. Zhu, Z. Man, G. Wu, W. Chen, Adv. Mater. 2024, 36, 2406483.

[183] B. Wang, A. Thukral, Z. Xie, L. Liu, X. Zhang, W. Huang, X. Yu, C. Yu, T. J. Marks, A. Facchetti, Nat. Commun. 2020, 11, 2405.

[184] K. Katayama, K. Nakamura, T. Amano, Colloid Polym. Sci. 1968, 226, 125.

[185] F. A. Reifler, R. Hufenus, M. Krehel, E. Zgraggen, R. M. Rossi, L. J. Scherer, Polymer 2014, 55, 5695.

[186] Y. Qu, T. Nguyen-Dang, A. G. Page, W. Yan, T. Das Gupta, G. M. Rotaru, R. M. Rossi, V. D. Favrod, N. Bartolomei, F. Sorin, Adv. Mater. 2018, 30, 1707251.

[187] S. Yang, Y. Yu, S. Jo, Y. Lee, S. Son, K. H. Lee, Nat. Commun. 2024, 15, 10394.

[188] F. Vollrath, D. P. Knight, Nature 2001, 410, 541.

[189] E. S. Medeiros, G. M. Glenn, A. P. Klamczynski, W. J. Orts, L. H. C. Mattoso, J. Appl. Polym. Sci. 2009, 113, 2322.

[190] Y. Li, J. Zhu, H. Cheng, G. Li, H. Cho, M. Jiang, Q. Gao, X. Zhang, Adv. Mater. Technol. 2021, 6, 2100410.

[191] S. Zheng, X. Wang, W. Li, Z. Liu, Q. Li, F. Yan, Nat. Electron. 2024, 7, 576.

[192] A. R. Shirvan, A. Nouri, A. Sutti, Eur. Polym. J. 2022, 181, 111681.

[193] W. Eom, H. Shin, R. B. Ambade, S. H. Lee, K. H. Lee, D. J. Kang, T. H. Han, Nat. Commun. 2020, 11, 2825.

[194] H.-P. Cong, X.-C. Ren, P. Wang, S.-H. Yu, Sci. Rep. 2012, 2, 613.

[195] A. Jaworek, A. Sobczyk, A. Krupa, J. Aerosol Sci. 2018, 125, 57.

[196] L. Wang, C. Lu, S. Yang, P. Sun, Y. Wang, Y. Guan, S. Liu, D. Cheng, H. Meng, Q. Wang, J. He, H. Hou, H. Li, W. Lu, Y. Zhao, J. Wang, Y. Zhu, Y. Li, D. Luo, T. Li, H. Chen, S. Wang, X. Sheng, W. Xiong, X. Wang, J. Peng, L. Yin, Sci. Adv. 2020, 6, eabc6686.

[197] D. Li, Z. Zhu, Z. Zhao, Y. Ji, X. Fu, Z. Liu, W. Yang, Y. Wang, Commun. Mater. 2023, 4, 28.

[198] K. Zhang, X. Shi, H. Jiang, K. Zeng, Z. Zhou, P. Zhai, L. Zhang, H. Peng, Nat. Protoc. 2024, 19, 1557.

[199] L. Zheng, M. Zhu, B. Wu, Z. Li, S. Sun, P. Wu, Sci. Adv. 2021, 7, eabg4041.

[200] M. J. Yun, Y. H. Sim, D. Y. Lee, S. I. Cha, Sci. Rep. 2021, 11, 4038.

[201] L. Wang, J. Lu, Q. Li, L. Li, E. He, Y. Jiao, T. Ye, Y. Zhang, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200922.

[202] F. Jin, T. Li, Z. Wei, R. Xiong, L. Qian, J. Ma, T. Yuan, Q. Wu, C. Lai, X. Ma, F. Wang, Y. Zhao, F. Sun, T. Wang, Z.-Q. Feng, Nat. Commun. 2022, 13, 5302.

[203] Z. Zhang, P. Li, M. Xiong, L. Zhang, J. Chen, X. Lei, X. Pan, X. Wang, X.-Y. Deng, W. Shen, Z. Mei, K.-K. Liu, G. Liu, Z. Huang, S. Lv, Y. Shao, T. Lei, Sci. Adv. 2024, 10, eadk0647.

[204] S. Y. Lee, S. Jeon, Y. W. Kwon, M. Kwon, M. S. Kang, K.-Y. Seong, T.-E. Park, S. Y. Yang, D.-W. Han, S. W. Hong, K. S. Kim, Sci. Adv. 2022, 8, eabn1646.

[205] Y. Yang, X. Li, Z. Zhou, Q. Qiu, W. Chen, J. Huang, W. Cai, X. Qin, Y. Lai, Nat. Commun. 2024, 15, 1586.

[206] K. Zou, Q. Li, D. Li, Y. Jiao, L. Wang, L. Li, J. Wang, Y. Li, R. Gao, F. Li, E. He, T. Ye, W. Tang, J. Song, J. Lu, X. Li, H. Zhang, X. Cao, Y. Zhang, ACS Nano 2024, 18, 7485.

[207] Z. Qian, Y. Yang, L. Wang, J. Wang, Y. Guo, Z. Liu, J. Li, H. Zhang, X. Sun, H. Peng, Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 135, e202303268.

[208] A. Prilepskii, V. Nikolaev, A. Klaving, Carbohydr. Polym. 2023, 313, 120850.

[209] F. Sun, H. Jiang, H. Wang, Y. Zhong, Y. Xu, Y. Xing, M. Yu, L.-W. Feng, Z. Tang, J. Liu, H. Sun, M. Zhu, Chem. Rev. 2023, 123, 4693.

[210] Y. Liu, C. Wang, Z. Liu, X. Qu, Y. Gai, J. Xue, S. Chao, J. Huang, Y. Wu, Y. Li, D. Luo, Z. Li, Nat. Commun. 2024, 15, 663.

[211] Y. Wang, Y. Huang, H. Bai, G. Wang, X. Hu, S. Kumar, R. Min, Biosensors 2021, 11, 472.

[212] S. Huang, X. Huang, Z. Liu, C. Yao, J. Liu, M. He, X. Xu, T. Zhang, J. Wang, L. Jiang, H.-J. Chen, X. Xie, ACS Nano 2024, 18, 18129.

Rights & permissions

2025 The Author(s). BMEMat published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Shandong University.