【識港網訊】近日，一批華人科學家開發了一種基於雙連續納米分散網路的BIND介面（biphasic,nano-dispersedinterfac-BIND），這種新型介面能夠作為柔性電子器件通常所包含的柔性模組、剛性模組以及封裝模組的通用介面，只需要按壓10秒鐘，就可以實現「樂高式」的高效穩定組裝。

該成果2月15日發表於國際頂級期刊Nature，中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱「深圳先進院」）研究員劉志遠與新加坡南洋理工大學教授陳曉東、美國斯坦福大學教授鮑哲南為共同通訊作者，南洋理工大學博士姜穎為第一作者。

偶然發現「魔術貼」

據瞭解，柔性電子器件大致可以分為植入式和體表式兩種，主要功能是採集應力信號、溫度信號、生理電信號、超聲信號、生物化學信號等生理資料，以監測人體健康狀態。

「這些柔性電子器件一般都由不同模組組裝而成。」劉志遠介紹道，其基本模組可以分為三類，即直接貼合人體的柔性傳感模組、負責資料傳輸和運算的矽基微電子剛性模組，以及保護器件免受機械磨損和外部侵蝕的封裝模組。「由於這三種模組的形狀參數、材料性質、加工條件不同，往往要先分開製備，再通過商用導電膠組裝在一起，構成不同功能的柔性電子器件。」

不過，商用導電膠卻容易破壞柔性電子器件的整體穩定性。

薑穎解釋道，無論單個模組的拉伸性多好，只要模組介面處的拉伸性很弱，整個器件的拉伸性就會受到制約。基於此，他們一直在進行相關研究，試圖解決這個普遍存在的柔性介面問題。

轉機發生在2017年。當時，劉志遠正在陳曉東課題組攻讀博士，其間到鮑哲南課題組作訪問交流。在那裡，他偶然發現，在特定的製備條件下，基於SEBS嵌段聚合物和黃金納米顆粒的柔性介面，即BIND介面，面對面貼合時有“魔術貼”式的電氣與機械雙重黏合特性，而這是之前從未報導過的新現象。

回到新加坡後，劉志遠就與同在陳曉東課題組攻讀博士的姜穎一起對這種新型柔性介面展開了深入研究。

擁有超百倍的優異性

很快他們發現，這種柔性介面能夠作為柔性模組之間的介面，就像天然的「魔術貼」一樣，能夠將不同功能的柔性感測器穩定地黏合在一起，從而實現柔性模組與柔性模組之間的高效連接。

但除了柔性傳感模組之外，柔性電子器件還需要組裝剛性模組、封裝模組等。想要將這些不同的模組完整地組裝在一起並發揮柔性電子器件的功能並非易事，特別是柔性模組與剛性模組之間的連接，它們的介面機械性能匹配度最低，受到的應力集中和破壞程度也最高。

於是，他們採用OTS修飾等方法將BIND介面製備在硬質模組上，讓硬質模組能夠高效連接另一個有BIND介面的柔性模組。

「這種方法的普適性很強，就像拼樂高一樣，任何帶有BIND介面的模組，只要面對面按壓在一起，就可以把柔性電子器件更靈活、高效地組裝在一起。」薑穎說，「可以匹配工業成熟的工藝，比如柔性聚醯亞胺PCB。」

為驗證這一新型介面在智慧柔性醫療器件中的實際應用，聯合團隊製備了使用該介面組裝的植入式神經調控傳感系統，使用國家基金委重大科學儀器專案完成的體表多通道電生理信號傳感系統採集電生理信號。

實驗表明，採用新型介面的柔性醫療器件能高精度、高保真、抗干擾地監測體內外不同器官，包括表皮、腦皮層、坐骨神經、腓骨肌肉、膀胱等，比起商用導電膠組裝的系統信號品質大幅度提升。

有望應用于下一代智慧柔性醫療器件

「毫無疑問，該團隊研發的柔性電子器件BIND介面，表徵和應用都非常出色，其設計邏輯和實驗驗證令人印象深刻。」一位審稿人對這項成果給出了高度評價。

「我們這項研究為智慧柔性電子器件的模組化組裝提供了可拉伸、穩定高效的通用介面，不僅簡化了柔性醫療器件的使用，也加速了多模態、多功能的柔性醫療器件的研發。」劉志遠說，通過該介面組裝的智慧柔性感測器件可用於多個醫療領域，如植入式人機介面、體表健康監測、智慧柔性傳感、軟體機器人等。「不過，它也存在一定局限性，比如電導率優化、長期植入的生物相容性等。」

基於此，研究團隊接下來將從生物醫學、分子動力學、有機合成等領域出發，繼續研發下一代新型醫療器件的智慧傳感材料，打造智慧化、柔性化、互動式的人機介面感測器件，應用于神經康復機器人及系統。