【儀表網(wǎng) 產(chǎn)品快訊】近年來，柔性電子器件在人體健康檢測與分析以及可穿戴設(shè)備等生物醫(yī)學工程領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。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易變形、斷裂，使得接口不穩(wěn)定性成為該領(lǐng)域內(nèi)長期存在的難題，阻礙了整個器件的拉伸性和信號質(zhì)量。
 

　　中國科學院深圳先進技術(shù)研究院、新加坡南洋理工大學、美國斯坦福大學的科學家另辟蹊徑，繞開利用“商業(yè)膠水”組裝柔性電子器件的思路，開發(fā)了基于雙連續(xù)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，便可以實現(xiàn)“樂高式”的高效穩(wěn)定組裝。2月15日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》(Nature)上。
 

　　人機接口是人與電子設(shè)備之間進行的數(shù)字虛擬世界和現(xiàn)實物理世界的信息交換，而柔性電子器件則是人機接口技術(shù)的關(guān)鍵核心和先導基礎(chǔ)。柔性電子器件在生物醫(yī)學工程領(lǐng)域的研究備受關(guān)注，大致可分為植入式和體表式兩種，主要功能就是采集應力信號、溫度信號、生理電信號、超聲信號、生物化學信號等生理數(shù)據(jù)以監(jiān)測人體健康狀態(tài)。然而，商用導電膠的瓶頸卻破壞了柔性電子器件的整體穩(wěn)定性。無論單個模塊的拉伸性多好，只要模塊接口處的拉伸性很弱，那么整個器件的拉伸性就會受到制約。
 

　　聯(lián)合團隊發(fā)現(xiàn)，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，面對面貼合時有“魔術(shù)貼”式的電氣與機械雙重黏合特性，能夠?qū)⒉煌δ艿娜嵝?a href="http://www.gd5688.cn/channel-small/t4031" target="_blank">傳感器穩(wěn)定地黏合在一起，從而實現(xiàn)柔性模塊與柔性模塊之間的高效連接。通過熱蒸發(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(nèi)部形成互穿納米結(jié)構(gòu)，SEBS是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雙相層(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(jié)構(gòu)在表面產(chǎn)生了暴露的SEBS和Au，在基體內(nèi)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(xù)的機械和電氣途徑。總之，這種即插即用的接口可以簡化和加速皮膚上和可植入的可拉伸設(shè)備的開發(fā)。實驗表明，采用新型接口的柔性醫(yī)療器件可高精度、高保真、抗干擾地監(jiān)測體內(nèi)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(tǒng)信號質(zhì)量有大幅提升。
 

　　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%，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(tǒng)柔性封裝的60倍。
 

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

　　研究工作得到國家自然科學基金國家重大科研儀器研制項目、國家重點研發(fā)計劃、神經(jīng)工程研究中心、中科院人機智能協(xié)同系統(tǒng)重點實驗室、中科院健康信息學重點實驗室的支持。
 

可拉伸混合設(shè)備的BIND連接
 

研究團隊開發(fā)的“魔術(shù)貼”式柔性組裝方法與在肌電監(jiān)測中的應用實例