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    我國學者在柔性混合電子及其數字醫療應用研究中取得系列重要進展

    日期 2019-07-25   來源:數理科學部   作者:雷天剛 白坤朝 張攀峰  【 】   【打印】   【關閉

    圖. 用于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

      在國家自然科學基金項目(批準號:11625207,11320101001)等資助下,清華大學馮雪教授團隊在柔性混合電子及其數字醫療應用研究中取得系列重要進展。綜述文章以“Flexible Hybrid Electronics for Digital Healthcare”(柔性混合電子與數字醫療)為題,于2019年6月27日發表在國際材料科學領域知名學術期刊Advanced Materials(《先進材料》)上,馮雪教授為通訊作者。文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.201902062。

      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、新型制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的發展出發,總結了柔性混合電子實現的兩種主要途徑。一種途徑是通過材料的創新,發展本征具有柔性或者可延展的電子功能材料,如有機半導體材料、納米復合材料、液態金屬以及有機導電聚合物等。另一種途徑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折紙/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。文章隨后系統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等5個部分。文章最后對柔性混合電子器件的未來發展和醫療應用提出了展望。

      馮雪教授團隊長期致力于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成功應用于健康醫療、智能感知及重大裝備。近期成果包括:(1)體溫驅動自動攀爬三維螺旋形纏繞電極,能夠依靠自然粘附形成穩定且柔性的電極-神經束界面;(2)基于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系,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;(3)類皮膚光電血氧監測器件,通過對LED芯片、光電探測器芯片的物理減薄,并和可延展金屬互聯線混合集成,實現整體血氧器件的柔性集成和封裝。




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