【48812】只需10秒！柔性电子器材完结“乐高式”拼装

时间: 2024-07-06 02:57:55 |   作者: 新闻中心

　　柔性电子器材在人体健康监测、剖析以及可穿戴设备等生物医学工程范畴展示了广泛的运用远景。但是，在柔性电子器材的拼装中，用于衔接不同模块的商用导电胶简单变形、开裂，使接口不安稳性成为该范畴内长时刻存在的难题，严峻阻止了整个器材的拉伸性和信号质量。

　　近来，一批华人科学家绕开了用“商业胶水”拼装柔性电子器材的思路，开发了一种根据双接连纳米涣散网络的BIND界面（biphasic, nano-dispersed interface,BIND），这种新式界面能作为柔性电子器材一般所包含的柔性模块、刚性模块以及封装模块的通用接口，只需按压10秒，就能完结柔性电子器材“乐高式”的高效安稳拼装。

　　该效果2月15日宣布于《天然》，中科院深圳先进技术研讨院研讨员刘志远与新加坡南洋理工大学教授陈晓东、美国斯坦福大学教授鲍哲南为一同通讯作者，新加坡南洋理工大学博士姜颖为榜首作者。

　　柔性电子器材大致可分为植入式和体表式两种，首要收集应力信号、温度信号、生理电信号、超声信号、生物化学信号等生理数据，以监测人体健康状况。

　　“这些柔性电子器材一般都由不同模块拼装而成。”刘志远介绍，最重要的包含直接贴合人体的柔性传感模块、担任数据传输和运算的硅基微电子刚性模块，以及维护器材免受机械磨损和外部腐蚀的封装模块。“由于这三种模块的形状参数、资料性质、加工条件不同，往往要先分隔制备，再经过商用导电胶拼装在一同，构成不同功用的柔性电子器材。”

　　姜颖解说道，不管单个模块的拉伸性多好，只需模块接口处的拉伸性很弱，那么整个器材的拉伸性就会遭到限制。“咱们从前把研制的柔性电子器材放在大鼠体内，想长时刻监测它的动态生理信号，效果没几天，柔性传感模块自身没问题，接口却在大鼠跑动进程中止掉了，这样的器材是很难在实践中运用的。”

　　2017年，刘志远正在陈晓东课题组攻读博士，其间到鲍哲南课题组作拜访沟通，在那里，他偶尔发现，特定制备条件下，根据SEBS嵌段聚合物和黄金纳米颗粒的柔性界面，即BIND界面，面对面贴合时有“戏法贴”式的电气与机械两层黏合特性，这是之前从未报导过的新现象。

　　回到新加坡后，刘志远与同在陈晓东课题组攻读博士的姜颖一同对这种新式柔性界面展开了深入研讨。

　　他们很快发现，这种柔性界面能作为柔性模块之间的接口，像“戏法贴”相同将不同功用的柔性传感器安稳地黏合在一同，以此来完结柔性模块与柔性模块之间的高效衔接。

　　除了柔性传感模块之外，柔性电子器材还需要一同拼装刚性模块、封装模块等，但要将这些不同的模块完整地拼装在一同并发挥柔性电子器材的功用并非易事，特别是柔性模块与刚性模块之间的衔接，它们的接口机械性能匹配度最低，遭到的应力集中和损坏程度也最高。

　　所以，他们选用OTS润饰等办法将BIND界面制备在硬质模块上，让硬质模块能高效衔接另一个有BIND界面的柔性模块。

　　“这种办法的普适性很强，就像拼乐高相同，任何带有BIND接口的模块，只需面对面按压在一同，就能把柔性电子器材更灵敏、高效地拼装在一同。”姜颖说，“能够匹配工业老练的工艺，如柔性聚酰亚胺PCB。”

　　联合团队随后经过原子力显微镜对其纳米级力学性能进行了成像和辨识，并用分层俄歇电子能谱定量剖析，得知其电气与机械两层黏附来历于100纳米深度内三维彼此交叉的双接连纳米网络，并根据分子动力学模仿构建了BIND界面的双接连网络成长机理，从而优化了它的电气和机械性能。

　　为了验证BIND接口在智能柔性医疗器材中的实践运用，联合团队制备了运用该接口拼装的植入式神经调控传感体系，运用国家基金委严重科学仪器项目完结的体表多通道电生理信号传感体系收集电生理信号。

　　研讨团队所开发的“戏法贴”式柔性拼装办法与在肌电监测中的运用实例 来历：科研团队供图

　　试验标明，选用新式接口的柔性医疗器材能高精度、高保真、抗干扰地监测体表里不同器官，包含表皮、脑皮层、坐骨神经、腓骨肌肉、膀胱等，比商用导电胶拼装的体系信号质量大幅度提高。

　　据介绍，选用BIND界面的柔性模块接口，其导电拉伸率可达180%，机械拉伸率可达600%，远高于选用商用导电胶衔接的一般接口（分别为45%、60%）；关于硬质模块接口，其导电拉伸率到达200%，并能适用于聚酰亚胺（PI）、玻璃、金属等多种硬质资料；关于封装模块接口，BIND界面能供给0.24N/mm的粘附力，是传统柔性封装的60倍。

　　“毫无疑问，该团队研制的柔性电子器材BIND接口，表征和运用都很超卓，其规划逻辑和试验验证令人形象十分深入。”一位审稿人对该效果给出了高度评价。

　　事实上，他们2021年9月把这一历时五年的研讨效果投稿到Nature时，只是3天时刻就收到了送审邮件，更是在短短3个月内便收到了3位审稿人的定见。

　　“其间一位审稿人问及BIND界面中双接连纳米网络结构的成长机理，这是一个很重要的主张。”姜颖回想道，“由于咱们研讨的是一种新的纳米结构，应该不只限于研讨是什么怎样用，还应该讨论为什么，从微观机理的视点去解说微观试验的现象。”

　　对此，研讨团队与固体力学家、美国国家工程院院士高华健团队协作，根据分子动力学模仿构建了BIND界面的双接连网络成长机理，解说了聚合物流体衬底与高动量金属原子之间的彼此作用，终究得到了审稿人的高度认可。

　　在《天然》同期宣布的研讨简报中，清华大学教授张一慧评论道，该作业提高了柔性电子接口的机械和电子安稳性，极大推动了电子皮肤、可植入器材等柔性电子器材的实践运用。

　　“该研讨为智能柔性电子器材的模块化拼装供给了可拉伸、安稳高效的通用接口，不只简化了柔性医疗器材的运用，也加快了多模态、多功用的柔性医疗器材的研制。”刘志远说，经过该接口拼装的智能柔性传感器材可用于多个医疗范畴，如植入式人机接口、体表健康监测、智能柔性传感等。“不过，它也存在许多局限性，比方重复运用性、空间分辨率、电导率、长时刻植入的生物相容性等。”

　　接下来，研讨团队将从生物医学、分子动力学、有机组成等范畴动身，持续研制下一代新式医疗器材的智能传感资料，打造智能化、柔性化、交互式的人机接口传感器材，运用于神经恢复机器人及体系。