新材料：可拉伸的塑料電極

大腦是柔軟的而電子設備是僵硬的，兩者的結合是個巨大的挑戰，比如神經科學家需要植入電極測量腦部活動或者傳遞震動減緩頭痛。

化學工程師Zhenan Bao正嘗試改變這一現狀。幾十年以來，她的實驗室致力於製造柔軟有彈性的電子設備。其間，團隊開始著重於製造有彈性的導電脆性塑料。

在科學進展雜誌上，Bao的團隊提出了將脆性塑料通過化學手段改造成橡膠手環一樣可彎曲的材料的方法，同時略微增強了導電性。研究結果為柔軟可伸展的電極，令人感到舒適。化學工程教授Bao說道：「我們發明了一種新的材料，具有高度的延展性並且導電能力不打折扣。這種彈性電極將催生各種新的大腦介面和植入電極技術。」

新型聚合物的列印電極圖案被拉伸到原先數倍長(頂部)，透明高彈性的「電子皮膚」形成與人類皮膚的親密介面，可被用於測量各種生物指標(底部)

該材料仍然是實驗室原型，但研究團隊希望將其作為長期發展的一部分，創造能與人體作用的彈性材料。

彈性作用

電極是電子設備的基礎。導線來回搬運電信號使儀器的各個部分共同運作。在我們的大腦中，線形的纖維結構軸突扮演相似的角色，傳遞神經元之間的電脈衝。Bao的伸縮塑料被設計用于堅硬電子設備與身體中彈性有機電極之間的無縫連接。論文第一作者博士後研究員Yue Wang說：「關於大腦有一件事人們通常都不知道——在一天中的各個時間大腦的大小並不相同，會反覆膨脹和收縮。」當前電子植入設備無法伸展貼合大腦，導致無法維持良好的連接。「如果有能夠與大腦相似柔軟性的電極，介面將會更好。」

機器人測試設備在曲面上對透明彈性電極進行拉伸測試

為發明這樣的彈性電極，研究者從具備高導電率和生物相容性兩種基本特性的塑料入手開始研究。但這樣的塑料有一個缺點：易碎，即使拉伸5%都會損壞。

緊緊纏繞和易碎

Bao和她的團隊為了尋求保留導電性同時增強彈性的方法，與美國斯坦福國家加速器實驗室的科學家合作，利用特殊的x射線從分子層面研究這種材料。所有的塑料都是聚合物，即分子鏈像珠子一樣串起來。實驗中所用的塑料其實由兩種不同的聚合物緊緊纏繞組成。一種是電導體，另一種聚合物對於製造該塑料必不可少。當這兩種聚合物結合到一起，就創造了一種類似於一串易碎珠子結構的塑料。可以導電，但沒有彈性。

研究人員假設如果可以找到一種正確的分子添加劑將這兩種緊緊纏繞的聚合物分離開，那麼就可以防止結晶，並賦予材料彈性。但他們必須對此小心，因為嚮導體中添加材料通常會減弱導電能力。

在測試了二十多種不同的分子添加劑後，他們終於找到了一種滿足條件的添加劑。這種分子與工業作坊中增厚肥皂的一類添加劑十分相似，將塑料原本粗短易碎的分子結構變為漁網狀，在線上增加了小孔，使材料能被拉伸和變形。在進行材料的彈性測試時，研究人員興奮地發現其在被拉伸到原先的兩倍長時導電率甚至有輕微的提升。在被拉伸到原先長度的8倍時仍然保持極高的導電率。

Bao說：「我們曾認為如果添加絕緣材料，材料的導電能力將大大降低，尤其是我們加了這麼多。」但由於他們對分子組裝調整方式的精確理解，最終得到了雙方面的好結果：保持高導電率的同時得到了彈性物質。

Wang說：「通過理解分子層面的交互方式，我們設計出柔軟彈性的電極，同時保持了導電能力。」

[CliffBao via phys]

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