环球热门:只需10秒！柔性电子器件实现“乐高式”组装

柔性电子器件在人体健康监测、分析以及可穿戴设备等生物医学工程领域展现了广泛的应用前景。然而，在柔性电子器件的组装中，用于连接不同模块的商用导电胶容易变形、断裂，使接口不稳定性成为该领域内长期存在的难题，严重阻碍了整个器件的拉伸性和信号质量。

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近日，一批华人科学家绕开了用“商业胶水”组装柔性电子器件的思路，开发了一种基于双连续纳米分散网络的BIND界面（biphasic, nano-dispersed interface,BIND），这种新型界面能作为柔性电子器件通常所包含的柔性模块、刚性模块以及封装模块的通用接口，只需按压10秒，就能实现柔性电子器件“乐高式”的高效稳定组装。

该成果2月15日发表于《自然》，中科院深圳先进技术研究院研究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共同通讯作者，美国斯坦福大学访问博士后姜颖为第一作者。

一个偶然发现的“魔术贴”

柔性电子器件大致可分为植入式和体表式两种，主要采集应力信号、温度信号、生理电信号、超声信号、生物化学信号等生理数据，以监测人体健康状态。

“这些柔性电子器件一般都由不同模块组装而成。”刘志远介绍，主要包括直接贴合人体的柔性传感模块、负责数据传输和运算的硅基微电子刚性模块，以及保护器件免受机械磨损和外部侵蚀的封装模块。“由于这三种模块的形状参数、材料性质、加工条件不同，往往要先分开制备，再通过商用导电胶组装在一起，构成不同功能的柔性电子器件。”

但商用导电胶的瓶颈却破坏了柔性电子器件的整体稳定性。

姜颖解释道，无论单个模块的拉伸性多好，只要模块接口处的拉伸性很弱，那么整个器件的拉伸性就会受到制约。“我们曾经把研发的柔性电子器件放在大鼠体内，想长期监测它的动态生理信号，结果没几天，柔性传感模块本身没问题，接口却在大鼠跑动过程中断掉了，这样的器件是很难在实际中应用的。”

对此，他们一直在试图解决这个问题。

2017年，刘志远正在陈晓东课题组攻读博士，其间到鲍哲男课题组作访问交流，在那里，他偶然发现，特定制备条件下，基于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“魔术贴”式的电气与机械双重黏合特性，这是之前从未报道过的新现象。

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起对这种新型柔性界面展开了深入研究。

拥有超百倍的优异性

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“魔术贴”一样将不同功能的柔性传感器稳定地黏合在一起，从而实现柔性模块与柔性模块之间的高效连接。

除了柔性传感模块之外，柔性电子器件还需要一起组装刚性模块、封装模块等，但要将这些不同的模块完整地组装在一起并发挥柔性电子器件的功能并非易事，特别是柔性模块与刚性模块之间的连接，它们的接口机械性能匹配度最低，受到的应力集中和破坏程度也最高。

于是，他们采用OTS修饰等方法将BIND界面制备在硬质模块上，让硬质模块能高效连接另一个有BIND界面的柔性模块。

“这种方法的普适性很强，就像‘拼乐高’一样，任何带有BIND接口的模块，只要面对面按压在一起，就能把柔性电子器件更灵活、高效地组装在一起。”姜颖说，“可以匹配工业成熟的工艺，如柔性聚酰亚胺PCB。”

联合团队随后通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分析，得知其电气与机械双重黏附来源于100纳米深度内三维相互穿插的双连续纳米网络，并基于分子动力学模拟构建了BIND界面的双连续网络生长机理，进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件中的实际应用，联合团队制备了使用该接口组装的植入式神经调控传感系统，使用国家基金委重大科学仪器项目完成的体表多通道电生理信号传感系统采集电生理信号。