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柔性電子器件實現“樂高式”組裝

文章來源：中國化工報更新時間：2023-02-22 11:18:36

中國科學院深圳先進技術研究院研究員劉志遠、新加坡南洋理工大學教授陳曉東等摒棄用“商業膠水”組裝柔性電子器件的思路，開發出一種基于雙連續納米分散網絡的BIND界面，作為柔性電子器件中柔性模塊、剛性模塊以及封裝模塊的通用接口，只需要按壓10秒鐘，就可以實現“樂高式”的高效穩定組裝。該成果2月15日發表于國際頂級期刊《Nature》。

據介紹，柔性電子器件是人機接口技術的關鍵核心和先導基礎。近年來，柔性電子器件在人體健康監測、分析等生物醫學工程領域展現出廣泛的應用前景。但在柔性電子器件的組裝中，用于連接不同模塊的商用導電膠容易變形、斷裂，使得接口不穩定性成為該領域內長期存在的難題，阻礙了整個器件的拉伸性和信號質量。

劉志遠等研究人員偶然發現，在特定的制備條件下，基于SEBS嵌段聚合物和黃金納米顆粒的柔性界面(BIND界面)，面對面貼合時有“魔術貼”式的電氣與機械雙重黏合特性。這種柔性界面能夠作為柔性模塊之間的接口，就像天然的“魔術貼”一樣，能夠將不同功能的柔性傳感器穩定地黏合在一起，從而實現柔性模塊與柔性模塊之間的高效連接。

除了柔性傳感模塊之外，柔性電子器件還需要一起組裝剛性模塊、封裝模塊等。但想要將這些不同的模塊完整地組裝在一起并發揮柔性電子器件的功能并非易事，特別是柔性模塊與剛性模塊之間的連接，它們的接口機械性能匹配度最低，受到的應力集中和破壞程度也最高。

于是，他們采用OTS修飾等方法將BIND界面制備在硬質模塊上，讓硬質模塊能夠高效連接另一個有BIND界面的柔性模塊。

“這種方法的普適性很強，就像‘拼樂高’一樣，任何帶有BIND接口的模塊，只要面對面按壓在一起，就可以把柔性電子器件更靈活、更高效地組裝在一起。”研究人員介紹說。

為了驗證這一新型接口在智能柔性醫療器件中的實際應用，聯合團隊制備了使用該接口組裝的植入式神經調控傳感系統，使用體表多通道電生理信號傳感系統采集電生理信號。實驗表明，采用新型接口的柔性醫療器件能高精度、高保真、抗干擾地監測體內外不同器官，比商用導電膠組裝的系統信號質量大幅度提升。

據介紹，采用BIND界面的柔性模塊接口，導電拉伸率可達180%，機械拉伸率可達600%，遠高于采用商用導電膠連接的普通接口;對于硬質模塊接口，導電拉伸率達到200%，能適用于聚酰亞胺、玻璃、金屬等多種硬質材料。

研究團隊接下來將從生物醫學、分子動力學、有機合成等領域出發，繼續研發下一代新型醫療器件的智能傳感材料，打造智能化、柔性化、交互式的人機接口傳感器件，應用于神經康復機器人及系統。

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