一滴水就能让超薄器件“贴”在复杂曲面？| 科技前线

给手机贴膜时，总是边缘翘起、气泡残留、甚至膜断裂……这仅仅是二维光滑表面上的“贴膜挑战”。但如果想在凹凸不平、不断运动的三维生物组织表面“贴膜”，难度可想而知。

针对这一问题，中国科学院化学研究所等创新性地提出一种“液滴打印”技术，将超薄的电子器件“温柔地”转移到各种复杂表面，在不损伤器件的前提下实现保形贴合。

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赋能贴合的新技术

科学家一直希望将极薄、柔软的电子器件像“皮肤”一样“贴”在大脑、神经、心脏等组织上，实现生理信号的采集和精准刺激。

而在贴合时，这些由金属、半导体材料与高分子基底复合而成的器件极易产生应力集中，一旦超过薄膜材料所能承受的极限，器件就会破裂失效，无法正常工作。

▲超薄金膜保形贴附在皮肤表面

“液滴打印”技术，核心在于用“一滴水”作为媒介，通过在电子薄膜与目标表面之间构建一个液体润滑界面实现应力的动态释放。

科研人员先用“水滴”拾取薄膜，再在目标表面上释放薄膜，此时这个“水滴”就会存在于薄膜和生物组织之间。这层“水”不仅能够产生毛细力促进贴合，还能够像“润滑油”一样将贴合过程产生的破坏应力及时地释放。

同时，液滴中的微量高分子材料还可以调控三相接触线的运动，显著提升薄膜的转印精度，从而真正实现了“贴得好、印得准、膜不破”。

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“一滴水”完成超薄膜转印

实验结果显示，即使是厚度仅150纳米（头发丝尺寸的几百分之一）的金膜，也可以通过液滴打印完好无损地贴合在微米级结构上，如草履虫、蒲公英纤维和贝壳表面等。水滴的成分还可以根据需求调整，如添加细胞培养液以“打印”细胞薄膜，或引入生物胶水实现水下粘附。

同时，研究人员将超薄硅基电子膜打印在动物的坐骨神经和大脑皮层上，随后通过光刺激，成功触发小鼠腿部规律运动，并同步采集到清晰的神经电信号。

这意味着，电子膜与动物组织形成了无损的保形贴合，既保留了电子膜的功能，又没有对动物组织造成损伤。

▲液滴打印实现薄膜的无应力保形贴附

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应用前景广阔

液滴打印打破了传统器件贴合方式的多重限制，无需施加外部压力、无需对表面预处理、也无需粘合剂辅助，兼具活体友好与复杂曲面适配能力。

这一技术不仅可以服务于皮肤电子、脑机接口、神经调控器件，又可拓展到可穿戴设备、智能显示、生物制造和组织工程等多个交叉领域。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw6854

来源：中国科学院化学研究所

责任编辑：曹旸