A soft, skin-mounted microfluidic device captures microliter volumes of sweat and quantitatively measures biochemical markers by colorimetric analysis.

Wearable Monitors Advances in microelectronics have yielded high-quality devices that allow for intensive signal collection or transmission. S. Xu et al. (p. 70 ) show how to make a soft wearable system that is constructed like a stretchable circuit board, where the electronic components are bridged electrically by thin, meandering conducting traces that float in a highly visco-elastic polymer. A complete soft circuit capable of multisignal physiological sensing on skin was created, with potential for use in health monitoring or neonatal care.

Popping materials and devices from 2D into 3D Curved, thin, flexible complex three-dimensional (3D) structures can be very hard to manufacture at small length scales. Xu et al. develop an ingenious design strategy for the microfabrication of complex geometric 3D mesostructures that derive from the out-of-plane buckling of an originally planar structural layout (see the Perspective by Ye and Tsukruk). Finite element analysis of the mechanics makes it possible to design the two 2D patterns, which is then attached to a previously strained substrate at a number of points. Relaxing of the substrate causes the patterned material to bend and buckle, leading to its 3D shape. Science , this issue p. 154 ; see also p. 130

Sensitive sensing Neonatal care, particularly for premature babies, is complicated by the infants' fragility and by the need for a large number of tethered sensors to be attached to their tiny bodies. Chung et al. developed a pair of sensors that only require water to adhere to the skin and allow for untethered monitoring of key vital signs (see the Perspective by Guinsburg). On-board data processing allowed for efficient wireless near-field communication using standard protocols. The absence of cables makes it easier to handle the infants and allows for skin-to-skin contact between the babies and their parents or caregivers. Science , this issue p. eaau0780 ; see also p. 924

Wearable sweat sensors rely either on electronics for electrochemical detection or on colorimetry for visual readout. Non-ideal form factors represent disadvantages of the former, while semiquantitative operation and narrow scope of measurable biomarkers characterize the latter. Here, we introduce a battery-free, wireless electronic sensing platform inspired by biofuel cells that integrates chronometric microfluidic platforms with embedded colorimetric assays. The resulting sensors combine advantages of electronic and microfluidic functionality in a platform that is significantly lighter, cheaper, and smaller than alternatives. A demonstration device simultaneously monitors sweat rate/loss, pH, lactate, glucose, and chloride. Systematic studies of the electronics, microfluidics, and integration schemes establish the key design considerations and performance attributes. Two-day human trials that compare concentrations of glucose and lactate in sweat and blood suggest a potential basis for noninvasive, semi-quantitative tracking of physiological status.

Abstract Hard and soft structural composites found in biology provide inspiration for the design of advanced synthetic materials. Many examples of bio-inspired hard materials can be found in the literature; far less attention has been devoted to soft systems. Here we introduce deterministic routes to low-modulus thin film materials with stress/strain responses that can be tailored precisely to match the non-linear properties of biological tissues, with application opportunities that range from soft biomedical devices to constructs for tissue engineering. The approach combines a low-modulus matrix with an open, stretchable network as a structural reinforcement that can yield classes of composites with a wide range of desired mechanical responses, including anisotropic, spatially heterogeneous, hierarchical and self-similar designs. Demonstrative application examples in thin, skin-mounted electrophysiological sensors with mechanics precisely matched to the human epidermis and in soft, hydrogel-based vehicles for triggered drug release suggest their broad potential uses in biomedical devices.

Low modulus, compliant systems of sensors, circuits and radios designed to intimately interface with the soft tissues of the human body are of growing interest, due to their emerging applications in continuous, clinical-quality health monitors and advanced, bioelectronic therapeutics. Although recent research establishes various materials and mechanics concepts for such technologies, all existing approaches involve simple, two-dimensional (2D) layouts in the constituent micro-components and interconnects. Here we introduce concepts in three-dimensional (3D) architectures that bypass important engineering constraints and performance limitations set by traditional, 2D designs. Specifically, open-mesh, 3D interconnect networks of helical microcoils formed by deterministic compressive buckling establish the basis for systems that can offer exceptional low modulus, elastic mechanics, in compact geometries, with active components and sophisticated levels of functionality. Coupled mechanical and electrical design approaches enable layout optimization, assembly processes and encapsulation schemes to yield 3D configurations that satisfy requirements in demanding, complex systems, such as wireless, skin-compatible electronic sensors.

Stretchable, wireless health monitoring patches to evaluate heart rate, blood oximetry, UV exposure, and skin coloration.

In vivo optogenetics provides unique, powerful capabilities in the dissection of neural circuits implicated in neuropsychiatric disorders. Conventional hardware for such studies, however, physically tethers the experimental animal to an external light source, limiting the range of possible experiments. Emerging wireless options offer important capabilities that avoid some of these limitations, but the current size, bulk, weight, and wireless area of coverage is often disadvantageous. Here, we present a simple but powerful setup based on wireless, near-field power transfer and miniaturized, thin, flexible optoelectronic implants, for complete optical control in a variety of behavioral paradigms. The devices combine subdermal magnetic coil antennas connected to microscale, injectable light-emitting diodes (LEDs), with the ability to operate at wavelengths ranging from UV to blue, green-yellow, and red. An external loop antenna allows robust, straightforward application in a multitude of behavioral apparatuses. The result is a readily mass-producible, user-friendly technology with broad potential for optogenetics applications.