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06-06
香港理工大学植入式生物电子装置可紧贴皮肤，甚至插入人体身体。
我相信它未来会广泛应用于不同领域，比如医疗技术甚至新兴的增强现实技术。
香港理工大学（理大）的研究团队成功研发出一种独特的微电极，可用于上述用途。
该研究成果发表在国际科学期刊《Science Advances》上。
与传统电子产品不同，可穿戴或植入式电子设备所使用的材料需要集成一系列特定性能。
例如，它们必须具有可拉伸性、柔软性和透气性，并且在放置在人体上后不会对使用者造成不适或伤害。
与此同时，生物电子设备与日常家用电器一样，仍然依赖于高导电性且可以印刷精细电路图案的电极。
由理大应用生物及化学科技系软材料及器件讲座教授郑子健教授领导的跨学科研究团队，成员包括理大时装及纺织学院、生物医学工程系、应用生物及化学科技系、潘乐涛慈善基金会智能穿戴系统研究院、智慧能源研究院，以及香港城市大学、香港心脑血管健康工程研究中心。
该团队克服了多项技术限制，开发了一种可用于植入式生物电子设备的电极。
它具有前所未有的柔软性、拉伸性和透气性，使其成为可穿戴技术领域的创新。
该技术的关键步骤是将纤维聚合物静电纺丝到银微电路图案上，生产出液态金属微电极（简称μLME），可用于超高密度的电路图案化。
每平方厘米多达 75 个电极，是之前技术的数千倍。
这些 μLME 具有长期生物相容性，可以舒适地佩戴在人体皮肤上，并且已被证明在监测动物大脑方面具有特定的应用。
过去，生物相容性电子器件是在多孔弹性体上制造的，但其多孔且粗糙的基材限制了电路图案的分辨率，从而难以提高电极密度。
研究团队成功突破这一瓶颈，利用光刻技术将电子电路放置在纤维聚合物基体上，实现了像薄纸一样柔软、大应变下高导电性、并具有长期生物相容性的μLME。
用作 μLME 导电成分的共晶镓铟 (EGaIn) 是一种低熔化温度的液态金属合金，可在极端应变下保持导电性，同时柔软且具有高度生物相容性。
在制造过程中，由 EGaIn 制成的电路图案被放置在由静电纺丝的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 (SBS) 制成的可渗透“纤维垫”上。
这种方法产生了柔软且可拉伸的电子设备，可以舒适地佩戴和植入。
与使用只能转移部分电极微电路图案的不渗透基体相比，郑教授团队于2018年首次开发了这种超弹性纤维垫概念，并将其应用于新开发的μLME中，以确保电极微电路图案从银模板可以通过光刻完全转移。
μLME 质地柔软，可渗透液体和气体，并且可自由拉伸。
在高应变下反复拉伸和释放后，其阻力仅略有增加。
当由μLME制成的电子贴片靠近人体皮肤放置时，按压后只会留下微量甚至没有残留物。
可穿戴电子设备本身就具有巨大的市场潜力，应用领域涵盖生理监测、医疗诊断和交互技术，这一技术突破将进一步增强其发展可能性。
为了验证μLME的柔软性和可拉伸性使其非常适合植入用于大脑监测的神经接口，该团队还合成了具有小电极直径和高通道密度的μLME阵列，作为小鼠大脑中的皮层。
电图信号接收器。
μLME具有与脑组织相似的机械特性，可以紧密粘附在皮质表面以准确记录神经信号。
当熟睡的小鼠发出非快速眼动睡眠典型的可识别脑电波时，μLME 阵列可以准确检测小鼠响应施加到身体不同部位的电刺激而产生的体感诱发电位。
郑教授亦担任理大智能穿戴系统研究所副所长及潘乐涛慈善基金会智慧能源研究所首席研究员。
他说：“通过将光刻技术与柔软、可渗透的SBS纤维垫相结合，我们实现了具有前所未有的分辨率和生物相容性的μLME微电极，克服了旧生物电子器件生产方法的技术限制。
我们相信它可以推动医疗及增强现实领域的发展。
”该研究项目获研究资助局「高级研究学者计划」、理大、香港城市大学、国家科学基金会及InnoHK创新香港研发平台资助理大软材料及器件讲座教授兼应用生物及化学科技系教授郑子健教授领导的跨学科研究团队，将通过提高印迹μLME图案的分辨率，进一步推广这项发明。
开发了一种独特的液态金属微电极，可用于制造需要靠近皮肤甚至植入人体的电子设备，郑教授认为μLME微电极可以促进医疗和增强现实的发展。
其他领域 从硅晶圆转移到 SBS 纤维垫的 Ag 微掩模图像的数字图像 放置在人臂上的 μLME 的数字图像（LM 负载，每平方厘米 10 毫克） 密度高达 10 毫克的高密度 μLME 的数字图像。
每平方厘米75个电极。
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