中心再填Nature!| 深圳先进院等研发出水驱动的形状自适应柔软可拉伸电极
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中心再添Nature!| 深圳先进院等研发出水驱动的形状自适应柔软可拉伸电极

时间:2023-12-26     点击量:354次

(原文链接https://www.nature.com/articles/s41586-023-06732-y

       硬质电路中的不同电子设备的连接通常是一项简单的任务,因为它们拥有成对的标准接口,形状和尺寸完美匹配。然而,柔软可拉伸电子器件,作为新兴的主要用于生物界面接口的电子设备,其器件间集成方法仍需探索,且器件与生物组织的接口无法标准化,因为生物组织不仅柔软,其形状和尺寸也多种多样,目前缺乏能够实现柔软生物组织与复杂电子界面标准化快速集成的手段

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文章上线截图

       近日,中国科学院深圳先进技术研究院集成所神经工程中心李光林/刘志远研究团队联合新加坡南洋理工大学陈晓东院士和高华建院士、南京医科大学胡本慧教授在Nature发表了题为Water-responsive supercontractile polymer films for bioelectronic interfaces的文章,共同研发了一种能够快速大幅度收缩的柔软薄膜,并系统探讨了该薄膜在简化和加速植入程序领域的应用。这一创新设计为实现生物和电子设备之间的无缝集成提供了新的可能性。

在这项研究中,论文一作易俊琦从蜘蛛丝中汲取灵感,基于聚环氧乙烷和聚乙二醇-α-环糊精(PEG-α-CD)包合物研发出一种水响应性超收缩聚合物薄膜(WRAP薄膜)。该薄膜在室温条件下干燥、柔韧且稳定,润湿后能快速且大幅度地收缩,转变为柔软可拉伸的水凝胶薄膜。这种超收缩归因于薄膜分子链取向和带微孔的多级结构,同时该薄膜干燥且柔韧的特性也有助于电子集成过程。

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水控柔软电极在曲面上自动贴敷

       基于这种薄膜构筑的形状自适应电极阵列(WRAP电极)大大简化了植入过程,在润湿后可保形地包裹不同尺寸的神经、肌肉和心脏,并应用于体内神经刺激和电生理信号记录。研究表明,这种新型水响应材料在塑造下一代生物组织电子界面以及拓宽形状自适应材料的生物医学应用方面具有潜在重要作用 (图1)。

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用于生物组织接口界面的水响应超收缩聚合物膜

       刘志远研究员从2012年便开始在中科院深圳先进院神经工程中心从事柔软神经界面电极的研究工作,随后十余年专注于新型柔软电生理电极及机器人柔软触觉传感皮肤的研究,(ACS Applied Materials &Interfaces ,  2014, 6, 13487-13495;Advanced Materials, 2017, 29, 1603382. JACS, 2018, 140, 15, 5280-5289;Advanced Materials, 2019, 31, 1901360.),并申请了多项专利。2019年回国后,刘志远研究员继续深耕该领域,发掘渗透毛发的柔软电极导电膏(Advanced Materials, 2023, 35, 39, 2304157),探索实现超窄柔软可拉伸电极以实现单细胞级的神经元监测(Advanced Functional Materials, 2023, 33, 29, 2300859);探究柔软可拉伸导电薄膜在通电下的电致破坏机理(ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14, 2, 3121.);开发新的柔软可拉伸导电材料争取实现稳定的软硬接口(Nature, 2023, 614, 7948, 456);探索应用液态金属实现后端硬件电路的柔软化方法(Nature Electronics, 2023, 6,2,154.);探索柔软电极的新范式:活性电极理念(Nature Chemical Biology, 2022, 18, 3, 289.)。尽管取得了一系列进展,生物界面电极,尤其是体内长期植入电极的长期相容问题,体表电极的长期稳定贴敷问题等,依然需要进一步研究解决。

       新加坡南洋理工大学、新加坡高性能计算中心、中国科学院深圳先进技术研究院、南京医科大学、东南大学、新加坡A-Star、南京医科大学眼科医院为该论文共同通讯单位。该工作得到了中国科学院人机智能协同系统重点实验室、国家自然科学基金重大科研仪器项目等资助。