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3上一篇  下一篇4 版面导航   2019 年 7 月 19 日 星期 放大 缩小 默认        
行业瞭望台
给生命更“柔软”的照护

□本报记者 王潇雨

随着柔性电子技术的快速发展,在医疗健康领域,可测量血压血糖的“创可贴”、可检测生理指标的衣服、可监测尿液指标的纸尿裤,甚至人工皮肤、人工肌肉的研发有了更可见的前景。

近日,中国科协调研宣传部在浙江省杭州市举办了一场科学家与媒体对话活动。活动现场,与会专家认为,柔性电子技术让“万物互联”更进一步,将在健康医疗、脑机融合、物联网等领域产生变革性推动作用。

可攀爬神经束的液晶屏

柔性电子集成器件可直接贴附于人体组织,实现对人体体征信息的实时监测。在位于杭州市的柔性电子与智能技术全球研究中心,记者看到清华大学柔性电子技术研究团队正在研发的样品:载玻片上放置着小块的透明胶片,薄薄的胶片里镶嵌着随意弯折的电子芯片。

“人体器官组织的表面形貌非常复杂,通过合理的力学设计,使电子器件与人体柔软表面完全贴附并可延展。”清华大学柔性电子技术研究团队成员陈毅豪介绍,“这种新型电子器件硬度比人体组织小很多,贴附到人体组织上也不会造成不舒适感。更为重要的是,它们可以实现对人体体温、脉搏、呼吸、血氧、血糖等一系列体征信息的获取,并通过放大电路和无线传输技术,实时传输到外界终点并显示给使用者,让使用者快捷方便地了解自己的身体信息。”

该研究团队正在研发中的设备,包括无创血糖测量仪、光电血氧传感器、基于攀爬仿生的3D螺旋形绕电极、类皮肤柔性变形传感器、碳纳米纤维泡沫柔性压力传感器等。

陈毅豪以基于攀爬仿生的3D螺旋形绕电极举例:“这块看似普通的液晶屏被放入37℃的水中就能卷曲起来,我们希望它能像攀爬植物那样,牢牢地卷曲在人体内部的神经束上采集信息,对神经的信号进行记录,这个研究已在原理上和实验室内完成了验证。液晶屏超薄、柔软、可围绕神经进行攀爬的优势,是现今采用的植入芯片所不具备的,可避免神经束的损伤。”另一款柔性可降解的电子器件,则被寄望于在患者体内完成信息采集和治疗任务后,可被人体吸收,目前清华大学柔性电子技术研究团队正在与首都医科大学附属北京天坛医院合作攻关。

据了解,清华大学柔性电子技术研究团队已研发出简单的贴附在人体皮肤表面,可监测体温、心电信息的柔性电子器件,厚度在1.3毫米~1.8毫米之间,并可反复使用。此外,对糖尿病、血氧不足等疾病进行实时监测的柔性电子贴片,已有初步研究进展,相关论文已发表在《科学·进展》和《先进保健材料》上。

后摩尔时代一大研究热点

基于国家重点研发计划“973”项目,清华大学柔性电子技术研究团队经过5年攻关,提出了一系列新型可延展柔性光子/电子集成器件设计,揭示了电子器件与人体组织交互的科学原理。相关成果发表在《科学·进展》《先进材料》等国际权威杂志上。

“这种技术融合了有机半导体和无机半导体技术,使无机半导体器件具有可拉伸、可弯曲等特点,同时兼备传统无机集成器件和电路的高性能、高可靠性。柔性电子学颠覆性改变传统信息器件、系统的刚性物理形态,实现信息与人、物体、环境的高效共融,是后摩尔时代信息器件发展的重要方向之一。”该团队负责人冯雪介绍。

柔性电子概念的提出可追溯到对有机电子学的研究。20世纪80年代,人们试图用有机半导体替代硅等无机半导体,从而使有机电子器件具备柔性特点。随后的30年,柔性有机电子技术蓬勃发展,部分成果初步形成产业,如柔性电子显示器、有机发光二极管。

与此同时,柔性电子技术成为世界范围内的电子技术研究热点。2000年,《科学》杂志将柔性薄膜电子学与基因组学等并列为21世纪十大新兴科技。2010年,全球著名电子技术杂志《电子工程时代》也将柔性薄膜电子学列为全球十大新兴技术。浙江省已在2017年将柔性电子列入引领全省未来发展的重量级产业。

学科交叉推进万物互联

“市场是非常广阔的,但必须将电子学、光学、力学、材料学、热学、信息、人工智能等学科工作者加入到柔性电子器件的设计、制备、应用中去,实现学科交叉融合,做出更有用、更便宜的柔性电子器件。”冯雪说,“健康类产品研发,尤其要与医疗机构、医生紧密配合,从临床需求出发,做到医工结合。”

“未来重要的应用领域还有人机交互,即通过可延展柔性电子器件直接读取人体的信息,传输到计算机系统处理后展示给我们。”在清华大学材料学院副院长沈洋看来,我国在柔性电子领域的研发实力与国际“至少是并跑。”他介绍,5年前国家重大科技研发计划已经有所布局,但目前还没有专项支持。此外,力学、结构设计、封装等方面的技术也有待加强。

“带在身上、手臂上,可以呈现关于人体信息的所有数据,这是对未来柔性传感器的更高追求。而目前,柔性传感器研究尚处于初级阶段,面临形态、电路融合、信息处理等挑战。”新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院陈晓东教授指出,“刚柔相济地融合柔性电子技术和传统电子技术二者的优势,方能研发出更好的产品。”

澳大利亚昆士兰大学教授、澳大利亚科学院院士保罗·伯恩则强调,柔性电子技术的发展需要不同学科的人相互学习,求同存异,以促进更多的合作,促成更多的创新及研究成果。未来,希望各个国家携手合作。

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