超薄生物電子學 石墨烯與水凝膠碰撞出的火花

編譯/高晟鈞

足夠柔軟、延展性高、薄且具備生物相容性的可伸縮導電奈米複合材料,是開發可穿戴類電子設備、智慧機器人和植入式生物設備的最大關鍵。

研究團隊開發出了一款基於LIG水凝膠的超薄彈性複合材料,並提出了一種創建超薄圖案化LIG奈米複合材料的新策略。(圖/截取自 Phys.org)

儘管目前已經有幾種設計策略來克服脆性電極與可伸縮聚合物的機械失衡,但以當前材料實現具有不同功能的各種組件的單晶片整合仍然十分有挑戰性。主要原因之一是由於缺乏簡單的圖案策略和與其相容的導電性奈米材料。

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雷射誘導石墨烯(Laser-Induced Graphene, 簡稱LIG)

LIG使用聚醯亞胺的雷射照射,具有許多特殊的優點,包括:簡單的數位圖案化製程,與圖案轉移方法的兼容性以及可調節的物理和化學特性等等。以上特點對於生產各種電子設備有著重要幫助。

然而,LIG在轉移至軟性材料時卻存在著機械限制。因此LIG目前只能被建構在柔性PI基板或者相對較厚的彈性薄膜上。此外,脆性LIG和彈性聚合物之間的機械失衡也阻礙了導電奈米複合材料的延展性。

水凝膠與石墨烯的結晶

對此,研究團隊開發出了一款基於LIG水凝膠的超薄彈性複合材料,並提出了一種創建超薄圖案化LIG奈米複合材料的新策略。

此種新型複合材料是透過在接近-200度,將LIG轉移到水凝膠薄膜(0.1微米)而形成,成功克服了LIG轉移到彈性體的問題。另外,該材料採用水凝膠作為能量耗散介面與面外的電子通路,此舉成功解決了LIG與彈性聚合物間的機械失衡問題。

透過簡單的雷射直寫和低溫轉移技術,多模態感測器組件被集成為多功能可穿戴感測器片,用於皮膚體外監測。此外,基於 LIG 的微圖案奈米複合材料的超薄和生物相容性特性允許與 Sprague Dawley (SD) 大鼠的心臟無縫接觸,以原位追蹤心臟訊號。

資料來源:Phys.org

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