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中国科学家打造新一代电子皮肤

作者: 发布时间:2022-04-18 浏览次数:646
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发表于《自然》的论文中,鲍哲南教授带领团队开发出一款兼具高柔性、拉伸性、亮度以及机械稳定性的电子皮肤显示屏。

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应用于皮肤时,理想的发光二极管(LED)显示屏应该是柔软、可伸缩的,且需要有足够的亮度。现有的设备多是基于无机材料打造,虽然可以通过添加弹性绝缘材料(例如橡胶)来提升整体的拉伸性,但这样的改变会降低导电性,因此需要施加危险的高电压才能获得较为黯淡的发光效果。

在***新研究中,鲍哲南教授团队解决了柔性电子皮肤的显示问题。研究团队开发了一种高亮度、可拉伸的全聚合物发光二极管(APLED)。

这个重要突破源于3年前的一项发现。当时,论文***作者、鲍哲南实验室博士后张智涛发现了一种被称为“SuperYellow”的黄色发光聚合物:与一种弹性的聚氨酯混合后,形成的纳米结构不仅具有柔性,还能发出更亮的光。而且这种纳米材料不会阻碍电流通过,因此发光亮度不受影响。

在SuperYellow的基础上,研究团队运用同样的思路开发出红色、绿色、蓝色的发光材料。为了构建APLED,研究团队通过不断优化,设计出一款以发光层为核心的7层结构显示屏。此外,为了维持长时间的正常功能,作者使用了一种拉伸性的无线能量捕获系统,通过无线电波为APLED供能。

随后的实验显示,这款APLED可以附着于手指或是手臂表面,即使手臂或手指弯曲,屏幕也能保持正常工作。论文指出,APLED的亮度至少是手机屏幕的两倍,并且即使在材料拉伸至原始长度两倍时,也能维持性能。

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▲APLED在手指与手臂上的显示效果

APLED的出现是可伸缩显示器的重要突破,为电子皮肤的研发奠定了坚实的基础。此外,APLED还拥有更广阔的应用前景,例如打造可变形的交互式屏幕,甚至是在地图上形成三维景观。

APLED有机会让我们更清晰地看见电子皮肤的数据,而另一篇发表于《科学》杂志的***新论文,则拓展了生物电子设备在活体内的应用场景。

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基于柔性导电有机材料的生物电子设备,被认为是实现人机交互的理想界面。这些可植入或穿戴式的设备对于开发下一代生物医学设备十分重要,能帮助我们监测多种生理信号,例如神经或心血管的活动,并修复假肢的感觉运动功能。

不过,这种设备需要兼具的力学和电学性质,却往往是不兼容的。因此,构建这样的材料充满了挑战。在生物体内,现有设备的性能往往会逐渐下降。鲍哲南团队另辟蹊径,通过一种基于拓扑超分子网络的工程技术策略,在导电性高分子材料中加入拓扑网络,***终带来了生物电子领域的重要进展:他们设计的聚合物具有生物相容性、高度拉伸性、高度导电性,并且有着牢固的机械力学性质。

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▲这种可拉伸的电子设备可用于监测多种生理活动

为了验证这一系统在生物体内的可行性,研究团队在活体生物体内开展了两项实验:他们利用由这种材料制成的传感器,从活体章鱼柔软、高度可变形的身体中收集到稳定的肌肉电信号,这也是科学家***记录下章鱼的肌肉信号,为其在软体机器人中的应用奠定了基础;此外,将设备植入大鼠体内后,在大鼠精细的脑干组织上,以单个神经元的精度实现了局部的神经调节,验证了其在脑外科手术中的应用潜力。

鲍哲南教授团队的这项工作,通过新方法构建了高度可拉伸的导电聚合物。这种材料能够对活体组织进行精准的监测,并为开发下一代生物电子设备奠定了基础。

生物磁珠对细胞筛选的方法已日渐成熟,原理是将包被一抗的磁珠与细胞表面对应的分子特异性结合,或者将包被二抗的磁珠与已经与细胞表面分子特异性结合的一抗结合。磁珠携带与之结合的细胞吸附与分离柱或试管上,实现阳性细胞或阴性细胞的分离。洛阳吉恩特生物自主研发生产了各类生物磁珠,可以实现稳定的实验结果。

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