柔性混合電子技術開啟數字健康大門

近日，清華大學馮雪教授課題組在國際材料科學領域知名學術期刊《Advanced Materials》在線發表了題為「Flexible Hybrid Electronics for Digital Healthcare」的長篇綜述文章。文章系統綜述了柔性混合電子器件的發展脈絡，全面定義了柔性混合電子的概念，並聚焦柔性生理電器件、柔性光電器件、柔性聲學器件、柔性類皮膚功能器件和柔性生化檢測器件在數字健康醫療領域的應用進展，為柔性混合電子器件的進一步發展和醫療應用提供了重要的指導。

人體是巨大的信息融合體，包括生理電、光、聲、生化、機械變形等生理信號，獲取這些人體生理信息是實現數字化醫療的基礎。傳統剛性器件不能與人體完美集成，導致器件易受到運動偽影、外界噪音的干擾，不能精準感知人體微弱生理信號。柔性電子技術近年來隨著先進材料、力學結構設計、新型製備方法的創新，得到了廣泛的研究和應用，它顛覆性改變了傳統無機固體器件剛性的物理形態，極大促進了人-機-物三元融合，給全球數以億計的慢病患者帶來了福音。

該綜述文章從柔性混合電子技術在材料和結構方法的發展歷史出發，總結了柔性混合電子實現的兩種主要途徑，其一是通過材料的創新，發展本徵具有柔性或者可延展的電子功能材料，如有機半導體材料，納米複合材料，液態金屬以及有機導電聚合物等。而另一種方法是引入力學結構的設計，如經典的屈曲結構，可延展蛇形導線結構以及新型摺紙/剪紙結構，通過結構的大轉動小應變來適應外加荷載而保證材料本身不破壞。隨後文章系統地闡述了柔性混合電子器件在生物醫學方面的應用，包括柔性生理電器件、柔性光電器件、柔性聲學器件、柔性類皮膚功能器件和柔性生化檢測器件5個部分。

圖1. 用於生理參數監測的柔性混合電子：柔性生理電器件、柔性光電器件、柔性聲學器件、柔性類皮膚功能器件和柔性生化檢測器件

典型應用包括：圖2所示的一種能夠在體溫驅動下自動攀爬至外周神經束上的三維螺旋形纏繞電極，依靠自然粘附形成穩定且柔性的電極-神經束界面；圖3所示的基於電化學雙通道的柔性無創血糖測量器件，通過離子導入的方式改變組織液滲透壓，調控血液與組織液滲透和重吸收平衡關係，驅使血管中的葡萄糖按照設計路徑主動、定向地滲流到皮膚表面，從而實現血糖的高精度測量。

圖2. 基於柔性混合電子技術的自攀爬三維螺旋電刺激器件

圖3. 基於柔性混合電子技術的柔性無創血糖測量器件

清華大學馮雪課題組長期致力於研究超常規環境下力學和柔性電子技術，發展可延展／超柔性等超常規微器件與大規模集成技術，所發展的柔性電子技術用於健康醫療、智能感知及重大裝備，近年來在Science Advances、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Journal of the Mechanics and Physics of Solids 等期刊發表一系列高水平論文。該項研究得到了國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、國家自然科學基金等的資助。

（來源：知社學術圈）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！