【Nature】柔性電子器件重要進(jìn)展

近年來(lái)，柔性電子器件在人體健康檢測、分析以及可穿戴設備等生物醫學(xué)工程領(lǐng)域展現出了廣泛的應用前景。然而，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(lǐng)域內長(cháng)期存在的難題，嚴重阻礙了整個(gè)器件的拉伸性和信號質(zhì)量。

基于此，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、新加坡南洋理工大學(xué)及美國斯坦福大學(xué)的華人科學(xué)家們另辟蹊徑，他們繞開(kāi)了用“商業(yè)膠水”組裝柔性電子器件的思路，開(kāi)發(fā)了一種基于雙連續納米分散網(wǎng)絡(luò )的BIND界面（biphasic, nano-dispersed interface, BIND），這種新型界面能夠作為柔性電子器件通常所包含的柔性模塊、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(shí)現“樂(lè )高式”的高效穩定組裝。相關(guān)成果于近日發(fā)表在國際頂級期刊Nature上。深圳先進(jìn)院研究員劉志遠南洋理工大學(xué)教授陳曉東、斯坦福大學(xué)教授鮑哲南為論文共同通訊作者，南洋理工大學(xué)博士姜穎為第一作者。 　　

可拉伸混合設備的BIND連接

聯(lián)合團隊發(fā)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，即BIND界面，面對面貼合時(shí)有“魔術(shù)貼”式的電氣與機械雙重黏合特性，能夠將不同功能的柔性傳感器穩定地黏合在一起，從而實(shí)現柔性模塊與柔性模塊之間的高效連接。通過(guò)熱蒸發(fā)金(Au)或銀(Ag)納米顆粒制備BIND界面，在自粘苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)熱塑性彈性體內部形成互穿納米結構，SEBS是一種廣泛應用于可拉伸電子產(chǎn)品的軟基板。SEBS基質(zhì)表面附近的納米顆粒形成了一個(gè)雙相層(大約90納米深)，其中一些納米顆粒完全浸入其中，而另一些納米顆粒部分暴露在外。這種界面結構在表面產(chǎn)生了暴露的SEBS和Au，在基體內部產(chǎn)生了互穿的Au納米顆粒，這為堅固的BIND連接提供了連續的機械和電氣途徑?？傊?，這種即插即用的接口可以簡(jiǎn)化和加速皮膚上和可植入的可拉伸設備的開(kāi)發(fā)。實(shí)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，包括表皮、腦皮層、坐骨神經(jīng)、腓骨肌肉、膀胱等，比起商用導電膠組裝的系統信號質(zhì)量大幅度提升。

據介紹，采用BIND界面的柔性模塊接口，其導電拉伸率可達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（分別為45%、60%）；對于硬質(zhì)模塊接口，其導電拉伸率達到200%，并能適用于聚酰亞胺（PI）、玻璃、金屬等多種硬質(zhì)材料；對于封裝模塊接口，BIND界面能提供0.24 N/mm的粘附力，是傳統柔性封裝的60倍。 

這項研究為智能柔性電子器件的模塊化組裝提供了可拉伸、穩定高效的通用接口，不僅簡(jiǎn)化了柔性醫療器件的使用，也加速了多模態(tài)、多功能的柔性醫療器件的研發(fā)。通過(guò)該接口組裝的智能柔性傳感器件可用于多個(gè)醫療領(lǐng)域，如植入式人機接口、體表健康監測、智能柔性傳感、軟體機器人等。