中国团队创新研发“液滴打印”技术 “一滴水”实现柔性电子器件精准贴合|小向美奈子av
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中新网北京9月12日电 (记者 孙自法)在可穿戴电子、脑机接口、神经修复等前沿技术中，将电子器件像皮肤一样保形贴合在生物组织表面是一个关键挑战，广受学界、业界和社会关注。
中国科学院化学研究所(化学所)9月12日发布消息说，中国科学家团队别出心裁，借助一滴水找到了关键挑战的解决方案。他们最近创新性研发出一项用于超薄柔性器件转印的新技术——“液滴打印”(Drop-printing)，可以将精细的电子器件“温柔地”转移到各种复杂表面，在不损伤器件的前提下实现精准贴合。
这项破解三维表面超薄器件贴合难题、利用液滴实现生物界面柔性器件制备的方法，由中国科学院化学所宋延林研究团队领衔携手中外合作者共同研发，相关成果论文北京时间当天凌晨在国际知名学术期刊《科学》(Science)上线发表。
核心在于用液滴作媒介
论文共同通讯作者宋延林研究员介绍说，常见的柔性电子器件通常由金属导电材料、半导体材料与高分子基底复合而成，这些电子器件非常柔软，其厚度仅为几至几十微米。
然而，越薄的薄膜，其机械强度越低，在贴合时更容易破损，因此，如何实现电子薄膜的无损保形贴合已成为柔性电子中的瓶颈。
研究团队基于多年来在打印印刷领域的积累，创新提出“液滴打印”技术方案，其核心在于用液滴作为媒介，通过在电子薄膜与目标表面之间构建一个液体润滑界面实现应力的动态释放。
他们发现，当使用液滴来拾取和转印薄膜时，液体会存在于膜与目标表面之间，不仅可以产生毛细力，逐渐将薄膜拉贴在凹凸不平的结构上，而且液体层形成类似润滑油的效果，使薄膜在变形时可以在润滑液体上自由滑动；应力集中一旦在薄膜中产生，就会通过局部滑动而有效释放。同时，液滴中的微量高分子材料还可以调控三相接触线的运动，实现薄膜的高精度转印。
“一滴水”完成超薄膜转印
研究团队通过高速摄像和应力分布仿真等多手段验证，验证结果表明，“液滴打印”将原本变形时累积在膜内的应力集中及时消除，“一滴水”完成超薄膜转印，真正实现了“贴得好、印得准、膜不破”。此次实验结果显示：即使是厚度仅150纳米(头发丝直径的几百分之一)的金膜，也可以通过“液滴打印”完好无损地贴合在凹凸不平的贝壳表面和微米尺寸的草履虫、蒲公英纤维上。此外，水滴的成分还可以根据需求调整，如添加细胞培养液以“打印”细胞薄膜，或引入生物胶水实现水下粘附。
更重要的是，活体动物实验也展现出色效果：研究人员将超薄硅基电子膜通过液滴打印技术打印在小鼠的坐骨神经和大脑皮层上，电子膜与动物组织形成无损的保形贴合。随后通过光照，成功触发小鼠腿部规律运动，并同步采集到清晰的神经电信号，从而说明膜与活体“贴得好、转印得准、膜不破、对神经组织也无损”。
该实验过程中，小鼠随着光照表现出规律的腿部运动，其肌电图和脑电图信号同步显示激活响应，完整验证从光刺激到神经响应再到动作输出的控制路径。而这一切，仅靠“一滴水”完成转印——既无损组织，又稳定高效。
打破壁垒应用前景广阔
“液滴打印”打破了传统器件贴合方式的壁垒，无需外界压力、无需特殊表面处理、无需黏合剂，适合于活体操作和复杂曲面的特点，使得这一技术不仅适用于皮肤电子、脑机接口、神经调控器件，而且可拓展到可穿戴设备、智能显示、生物制造和组织工程等多个交叉领域。
宋延林表示，“随着科技的进步，推动文明发展的印刷术将不断焕发新的生机”。
通俗地讲，“液滴打印”技术实现将超薄且柔软的电子器件膜，通过“一滴水”与各种复杂曲面精准、无损地贴附在一起。这个过程可以类比于手机贴膜，但是这里用的膜是一种很软且易碎的电子器件膜，底下不是手机而是拥有复杂纹理的生物组织(例如大脑凹凸不平的沟回，圆柱形的神经束)。
因为生物组织表面结构复杂，而超薄电子器件膜又非常脆弱，一般的贴膜方法非常容易在薄膜中引起破坏应力，使薄膜中的器件损坏。在此背景下，中国科学家提出过程类似打印的用“水滴”来转移薄膜，先用“水滴”拾取薄膜，再在生物表面上释放薄膜，通过存在于薄膜和生物组织之间的“水滴”，将薄膜“浮”在液面上，“水滴”像润滑油一样，边干燥边滑动释放应力，由此实现无损精准贴合。(完)
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