近紅外光觸發(fā)柔性電子器件自適應(yīng)三維形變

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所微納系統(tǒng)與仿生醫(yī)學(xué)研究中心杜學(xué)敏副研究員及其研究團隊成功實現(xiàn)可通過近紅外光觸發(fā)柔性電子器件產(chǎn)生自適應(yīng)三維形變，并在不同曲率基底表面的緊密貼附，且完整保持了電路連通性。相關(guān)研究成果Photothermally Triggered Shape-adaptable 3D Flexible Electronics（光熱觸發(fā)可形狀自適應(yīng)改變的三維柔性電子器件）已在線發(fā)表在Wiely旗下著名期刊Advanced Materials Technologies（DOI: 10.1002/admt.201700120，Advanced Materials子刊）上，并申請1項發(fā)明專利與1項國際PCT。

柔性電極因可用于刺激神經(jīng)組織或記錄神經(jīng)信號（如心電、腦電、皮層電信號等），可廣泛應(yīng)用在神經(jīng)康復(fù)、腦科學(xué)研究等醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)前沿領(lǐng)域，是非常重要的研究和診療工具。作為連接電路系統(tǒng)與神經(jīng)組織的橋梁，如何確保柔性電極與生物系統(tǒng)之間的緊密貼合以促進(jìn)有效信息交互，是穿戴與植入式電子器件實現(xiàn)有效性、可靠性及穩(wěn)定性的重大挑戰(zhàn)。

為了解決上述問題，杜學(xué)敏副研究員提出了一種新型的功能化柔性電極設(shè)計理念，并和課題組成員崔歡慶、趙啟龍博士及人造視網(wǎng)膜團隊成員吳天準(zhǔn)研究員等人成功研發(fā)出通過近紅外光即可觸發(fā)形狀自適應(yīng)改變的三維功能柔性電極。團隊成員突破了傳統(tǒng)電極設(shè)計思路，創(chuàng)新性地將具有光熱響應(yīng)特性的仿生智能材料設(shè)計到柔性電極背面，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程近紅外光照柔性電極可控彎曲形變，并可貼附到不同曲率的表面。在此基礎(chǔ)上，團隊成員通過一步光刻聚合法，在柔性電極背面的光熱響應(yīng)材料層設(shè)計出梯度化交聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了柔性電極在近紅外光照下，可從平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)（圓柱、螺旋等）。研究結(jié)果表明，這種功能化柔性電極在經(jīng)過10次的形變后，依然可以保證電極功能完好。

團隊通過仿生智能材料的設(shè)計，實現(xiàn)柔性電子器件的形狀自適應(yīng)遠(yuǎn)程調(diào)控，不僅解決了柔性電極與生物系統(tǒng)之間有效信息交互存在的挑戰(zhàn)，而且為未來將傳感檢測、藥物緩釋放集成到功能化柔性電極中提供了可能，更為新一代智能化柔性電子器件的設(shè)計提供了普適方法。該研究成果有望用于穿戴與植入式電子器件，及神經(jīng)康復(fù)、腦機接口等醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)前沿領(lǐng)域。

該研究獲得了國家自然科學(xué)基金、科技部重點項目、廣東省創(chuàng)新團隊、廣東省特支計劃、深圳市孔雀團隊等多個項目支持。

圖1 近紅外光致柔性電極自適應(yīng)貼合：（a, d）近紅外光照前，及（b, c, e）近紅外光照貼附到不同曲面

圖 2 近紅外光致柔性電極自適應(yīng)三維形變：（a, d, g）近紅外光照前，功能化電極為平面結(jié)構(gòu)；（b, e, h）近紅外光照后，功能化電極產(chǎn)生三維扭曲形變；（c, f, i）近紅外光照后，三維柔性電極可緊密貼附到復(fù)雜曲面