液态金属微电极 医疗科技新突破
中评社香港9月12日电/大公报报导,植入式生物电子装置可以紧贴皮肤,甚至是放入人体,相信将在未来被广泛应用于不同领域,例如医疗科技,甚或是新兴的扩增实境技术。香港理工大学(理大)的研究团队成功研发出一种独特的“液态金属微电极”,能适用于上述用途,特别有助医疗科技领域的突破。
理大研究团队的液态金属微电极研究成果已于国际科学期刊《Science Advances》发表。
不同于传统电子产品,可穿戴或植入式电子装置的用料需要整合一系列特定性能,例如必须能拉伸自如和柔软透气,放置于人体后不会令使用者感到不适或受伤。与此同时,生物电子装置就如日常家居设备一样,仍然需要依赖具备高导电性且可以印上微细电路图案的电极。
由理大应用生物及化学科技学系软材料及器件讲座教授郑子剑教授领导的跨学科研究团队,成员来自理大时装及纺织学院、生物医学工程学系、应用生物及化学科技学系、智能可穿戴系统研究院和潘乐陶慈善基金智慧能源研究院,以及香港城市大学和香港心脑血管健康工程研究中心。团队克服多项技术限制,研发出一种能应用于植入式生物电子装置的电极,其特点是具前所未有的柔软度、可拉伸性和可渗透性,在可穿戴科技领域创新猷。
人体皮肤能舒适地穿戴
此技术的关键步骤,是将一种纤维聚合物以静电纺丝的方法,放到银质微型电路图案上,从而产生液态金属微电极(简称μLME),可以以超高密度进行电路图案化,达至每平方厘米多达75,500个电极,比过往的技术多出数千倍。这些μLME具有长期生物兼容性,人体皮肤能舒适地穿戴,更已证明可用作监测动物大脑的特定应用。
研究团队又透过光刻技术把电子线路放在纤维聚合物基质上,实现了像薄纸般柔软,能在大应变下高度导电。
用作μLME的导电组成部分的共晶镓铟(EGaIn)是一种具有低熔点温度、能在极端应变下保持导电性,同时柔软且高度生物兼容的液态金属合金。制造过程中,以EGaIn制成的电路图案会放在一片经静电纺丝而成的可渗透“纤维垫”上,该垫为苯乙烯─丁二烯─苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。
此制法形成了柔软而可拉伸的电子装置,可供舒适地穿戴和植入。相对采用不渗透基质时仅能转移部分电极微电路图案,郑教授的团队于2021年首次开发这种超弹性纤维垫概念,用于新开发的μLME中,保证了来自银模板的电极微电路图案能以光刻完全转移。
本研究项目获研资局“高级研究学者计划”、理大、香港城市大学、国家科学自然基金委员会和InnoHK创新香港研发平台资助,团队期望透过提高刻印μLME图案的解像度,在未来进一步推广此项发明。