在不久的将来，可以附着在皮肤上甚至植入体内的电子设备将变得越来越普遍。这种“植入式生物电子学”被认为具有从医疗技术到新兴的增强现实领域的广泛用途，由香港理工大学(理大)领导的研究团队开发了一种独特的微电极。此类设备。

他们的开创性研究题为“具有慢性生物相容性的可植入生物电子学的晶圆图案、可渗透和可拉伸液态金属微电极”最近发表在《科学进展》上。

与传统电子产品相比，用于可穿戴或植入式生物电子技术的材料需要具有难以整合的特定属性。它们必须具有足够的可拉伸性、柔软性和渗透性，才能在人体内生存，而不会对使用者造成不适或伤害。与此同时，与日常家用设备一样，生物电子学仍然依赖于高导电性且可以形成微型电路的电极。

这个跨学科研究团队由软材料与器件讲座教授、应用生物及化学科技系教授郑子健教授领导，成员包括理大时装及纺织学院、生物医学工程系、应用生物系和化学系。化学技术、智能可穿戴系统研究所(RI-IWEAR)和智能能源研究所(RISE)，以及香港城市大学和香港脑心血管健康工程中心。

该团队克服了多项技术限制，推动了可穿戴技术领域的发展，并发明了一种生产用于植入式生物电子学的前所未有的柔软、可拉伸和可渗透电极的方法。

制造过程的关键步骤是将纤维聚合物静电纺丝到银(Ag)微图案上，从而形成一系列液态金属微电极(μLME)，可以超高密度图案化——每平方厘米多达75,500个电极，数千个电极。比之前达到的效果高出数倍，并且具有长期的生物相容性。μLME可以舒适地佩戴在人体皮肤上，同时也已证明在动物大脑监测中的特定应用。

以前，生物相容性电子器件是在多孔弹性体上制造的，但这些基材的孔隙率和粗糙度限制了图案分辨率，从而限制了电极密度。通过光刻技术将电子电路沉积到纤维聚合物基底上，该团队成功克服了这一障碍，实现了具有组织般柔软度、严重应变下高电导率和长期生物相容性的μLME。

一种称为共晶镓铟(EGaIn)的液态金属合金被用作μLME的导电成分，因为它具有较低的熔化温度并在极端应变下保持其导电性，同时柔软且具有高度生物相容性。制造过程包括将包含EGaIn的电路图案沉积到静电纺丝上，即聚合物聚(苯乙烯-嵌段-丁二烯-嵌段-苯乙烯)的可渗透“纤维垫”上。这创造了柔软、可拉伸的电子设备，可以舒适地佩戴和植入。

超弹性纤维垫的概念由郑教授团队于2021年首次提出，现已应用于新开发的μLME中，以保证Ag模板上电极微图案的完整光刻转移，而不是部分转移当使用不渗透基材时实现。

μLME除了柔软、透液和透气之外，还具有高度可拉伸性，并且在高应变下重复拉伸和释放循环后，其电阻仅略有增加。当贴在人体皮肤上时，由μLME制成的电子贴片在受到压力后仅留下痕迹甚至没有残留物。这对于可穿戴电子产品来说是一个很有前景的特性，预计在生理监测、医疗诊断和交互技术等领域有巨大的应用市场。

最值得注意的是，μLME的柔软性和可拉伸性也使其成为植入神经接口进行大脑监测的理想选择。研究小组合成了一系列具有小电极直径和高通道密度的μLME阵列，作为大鼠大脑中的皮层电图信号接收器。μLME具有与脑组织相似的机械特性，可紧密附着在皮质表面，并准确记录体内的神经信号。当熟睡的老鼠发出非快速眼动睡眠典型的可辨别脑电波时，μLME阵列可靠地检测到体感诱发电位，以响应施加到其身体不同部位的电刺激。

作为RI-IWEAR副主任兼RISE首席研究员，郑教授表示：“由于光刻技术与柔软、可渗透的SBS纤维垫的结合，实现了具有前所未有的分辨率和生物相容性的微电极。医疗和增强现实领域的技术进步这些μLME可以推动各个领域的发展，克服以前生物电子学制造的技术限制。”

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：