科研人員實現近紅外光觸發柔性電子器件自適應三維形變

近日，科學院深圳先進技術研究院醫工所微納系統與仿生醫學研究中心副研究員杜學敏及其研究團隊成功實現可通過近紅外光觸發柔性電子器件產生自適應三維形變，並在不同曲率基底表面緊密貼附，且完整保持了電路連通性。相關研究成果 Photothermally Triggered Shape-adaptable 3D Flexible Electronics （《光熱觸發可形狀自適應改變的三維柔性電子器件》）已在線發表在 Wiely 旗下期刊《先進材料技術》（Advanced Materials Technologies，DOI: 10.1002/admt.201700120）上，並申請1項發明專利與1項國際 PCT 。

柔性電極因可用於刺激神經組織或記錄神經信號（如心電、腦電、皮層電信號等），可廣泛應用在神經康復、腦科學研究等醫學和生命科學前沿領域，是非常重要的研究和診療工具。作為連接電路系統與神經組織的橋樑，如何確保柔性電極與生物系統之間的緊密貼合以促進有效信息交互，是穿戴與植入式電子器件實現有效性、可靠性及穩定性的重大挑戰。

為了解決上述問題，杜學敏提出了一種新型的功能化柔性電極設計理念，並和課題組成員崔歡慶、趙啟龍及人造視網膜團隊成員吳天准等成功研發出通過近紅外光即可觸發形狀自適應改變的三維功能柔性電極。團隊成員突破了傳統電極設計思路，創新性地將具有光熱響應特性的仿生智能材料設計到柔性電極背面，實現了遠程近紅外光照柔性電極可控彎曲形變，並可貼附到不同曲率的表面。在此基礎上，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材料層設計出梯度化交聯結構，實現了柔性電極在近紅外光照下，可從平面結構轉化為複雜三維結構（圓柱、螺旋等）。研究結果表明，這種功能化柔性電極在經過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計，實現柔性電子器件的形狀自適應遠程調控，不僅解決了柔性電極與生物系統之間有效信息交互存在的挑戰，而且為未來將感測檢測、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計提供了普適方法。該研究成果有望用於穿戴與植入式電子器件，及神經康復、腦機介面等醫學和生命科學前沿領域。

該研究獲得了國家自然科學基金、科技部重點項目、廣東省創新團隊、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三維形變：（a, d, g）近紅外光照前，功能化電極為平面結構；（b, e, h）近紅外光照后，功能化電極產生三維扭曲形變；（c, f, i）近紅外光照后，三維柔性電極可緊密貼附到複雜曲面