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    理大研發(fā)液態(tài)金屬微電極 可用於植入式生物電子裝置

    理大研發(fā)液態(tài)金屬微電極 可用於植入式生物電子裝置

    責(zé)任編輯:蔣璐 2023-09-11 17:04:09 來源:香港商報網(wǎng)

        植入式生物電子裝置可以緊貼皮膚,甚至是放入人體,相信將在未來被廣泛應(yīng)用於不同領(lǐng)域,例如醫(yī)療科技,甚或是新興的擴增實境技術(shù)。香港理工大學(xué)(理大)今日(11日)公布,理大研究團隊成功研發(fā)出一種獨特的微電極,能適用於上述用途。此研究成果已於國際科學(xué)期刊《Science Advances》發(fā)表。

        不同於傳統(tǒng)電子產(chǎn)品,可穿戴或植入式電子裝置的用料需要整合一系列特定性能,例如必須能拉伸自如和柔軟透氣,放置於人體後不會令使用者感到不適或受傷。與此同時,生物電子裝置就如日常家居設(shè)備一樣,仍然需要依賴具備高導(dǎo)電性且可以印上微細電路圖案的電極。

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        理大軟材料及器件講座教授及應(yīng)用生物及化學(xué)科技學(xué)系教授鄭子劍率領(lǐng)的跨學(xué)科研究團隊研發(fā)出一種獨特的液態(tài)金屬微電極,可用作製造需緊貼皮膚甚至植入人體內(nèi)的電子裝置。

        由理大應(yīng)用生物及化學(xué)科技學(xué)系軟材料及器件講座教授鄭子劍領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究團隊,成員來自理大時裝及紡織學(xué)院、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系、應(yīng)用生物及化學(xué)科技學(xué)系、智能可穿戴系統(tǒng)研究院和潘樂陶慈善基金智慧能源研究院,以及香港城市大學(xué)和香港心腦血管健康工程研究中心。團隊克服多項技術(shù)限制,研發(fā)出一種能應(yīng)用於植入式生物電子裝置的電極,其特點是具前所未有的柔軟度、可拉伸性和可滲透性,在可穿戴科技領(lǐng)域創(chuàng)新猷。

        此技術(shù)的關(guān)鍵步驟,是將一種纖維聚合物以靜電紡絲的方法,放到銀質(zhì)微型電路圖案上,從而產(chǎn)生液態(tài)金屬微電極(簡稱μLME),可以以超高密度進行電路圖案化,達至每平方厘米多達75500個電極,比過往的技術(shù)多出數(shù)千倍。這些μLME具有長期生物兼容性,人體皮膚能舒適地穿戴,更已證明可用作監(jiān)測動物大腦的特定應(yīng)用。

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        鄭子劍相信μLME微電極可推動醫(yī)療和擴增實境等領(lǐng)域的發(fā)展。

        過去,生物兼容的電子裝置均在多孔彈性體上製造,但其多孔而粗糙的基質(zhì)限制了電路圖案的分辨率,因而難以提高電極密度。研究團隊成功突破此瓶頸,透過光刻技術(shù)把電子線路放在纖維聚合物基質(zhì)上,實現(xiàn)了像薄紙般柔軟,能在大應(yīng)變下高度導(dǎo)電,以及具備長期生物兼容性的μLME。

        用作μLME的導(dǎo)電組成部分的共晶鎵銦(EGaIn)是一種具有低熔點溫度、能在極端應(yīng)變下保持導(dǎo)電性,同時柔軟且高度生物兼容的液態(tài)金屬合金。製造過程中,以EGaIn製成的電路圖案會放在一片經(jīng)靜電紡絲而成的可滲透「纖維墊」上,該墊為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。此製法形成了柔軟而可拉伸的電子裝置,可供舒適地穿戴和植入。相對採用不滲透基質(zhì)時僅能轉(zhuǎn)移部分電極微電路圖案,鄭教授的團隊於2021年首次開發(fā)這種超彈性纖維墊概念,用於新開發(fā)的μLME中,保證了來自銀模板的電極微電路圖案能以光刻完全轉(zhuǎn)移。

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        從矽晶片轉(zhuǎn)移至SBS纖維墊的Ag微型掩模圖像的數(shù)位圖像。

        為驗證μLME的柔軟度和可拉伸性能,使其成為植入神經(jīng)介面以進行大腦監(jiān)測的理想選擇,團隊亦合成了具有小電極直徑和高通道密度的μLME陣列,用作充當老鼠大腦中的皮層電圖信號接收器。μLME具有與腦組織相似的機械性能,能緊貼皮質(zhì)表面,準確記錄神經(jīng)信號。當沉睡中的老鼠發(fā)出非快速眼動睡眠時的典型可識別腦電波時,μLME陣列即能精確檢測到老鼠回應(yīng)施加在身體不同部位電刺激而產(chǎn)生的體感誘發(fā)電位。

        本研究項目獲研資局「高級研究學(xué)者計劃」、理大、香港城市大學(xué)、國家科學(xué)自然基金委員會和InnoHK創(chuàng)新香港研發(fā)平臺資助,團隊期望透過提高刻印μLME圖案的解像度,在未來進一步推廣此項發(fā)明。

        頂圖:放在人類手臂上的μLMEs數(shù)位圖像。

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        高密度μLMEs的數(shù)位圖像,密度高達每平方厘米75500個電極。

    責(zé)任編輯:蔣璐 理大研發(fā)液態(tài)金屬微電極 可用於植入式生物電子裝置
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