关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
一个国际研究团队设计出一种方法，可以将微小的发光体和光传感器嵌入到可拉伸、可弯曲、可扭曲的薄片中。这种柔性系统未来可能用作植入式传感器，用于监测生物过程。
许多开发柔性电子器件的方法都针对一类被称为有机 LED 的发光体，这种发光体可以使用导电聚合物组装，并沉积在可弯曲的塑料基板上。传统的无机 LED 是一种更成熟的技术，具有其独特的优势，但它们通常与限制其弹性的半导体晶圆相连。
现在，研究人员通过在一个具有生物医学潜力的弹性系统中利用传统电子器件的光线，弥合了有机 LED 和无机 LED 之间的差距。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的材料科学家、约翰·罗杰斯说：“我们感兴趣的应用主要包括与人体的接口。” 他也是10 月 17 日在线发表在《自然·材料》杂志上的一篇描述这项进展的论文的共同作者。他补充说，对于某些生物应用，与有机 LED 相比，传统 LED 的亮度、可靠的运行和防水实现的适用性使其成为更具吸引力的选择。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
罗杰斯和他的同事在刚性晶圆上印刷了一个交错排列的微型发光二极管（LED）阵列，然后溶解基板的顶层，释放出一个薄薄的 LED 网络，该网络可以转移到柔性防水聚合物薄片上。“我们可以从晶圆上剥离出有源层，”罗杰斯说，他将这个过程描述为橡皮图章，它可以像拾取固体墨水一样拾取 LED 阵列。每个 LED 的直径只有 100 微米（大约相当于人类头发的宽度），厚度为 2.5 微米——一微米是百万分之一米——并通过蛇形线束连接到其邻居，这些线束可以适应拉伸和扭曲的变形。
作为该技术的演示，研究人员对 LED 阵列进行了许多实验性实施。他们将 LED 沉积在铝箔、树叶和一张纸上；他们将阵列包裹在尼龙线周围并打结；他们通过给聚合物基板充气或将其拉伸到铅笔尖或棉签头上，使 LED 阵列膨胀。“最终学生们只是厌倦了”为发光薄片设计新的测试，罗杰斯说。“我们尝试过的，没有什么是我们做不到的。”
研究人员还将光传感器与 LED 集成在一起，并将组件嵌入到乙烯基手套的指尖中。当手套靠近表面时，光传感器会逐渐记录更多来自 LED 的反射光，从而产生一种接近传感器，可用于在手术过程中引导外科医生的手，或为机器人形成人工感觉系统。
但最终，LED 阵列的用途可能最吸引人的是可植入的生物医学设备。“您可以构建与人体组织自然集成的系统，因为这些系统是柔性和柔软的，”罗杰斯说。组织的光谱测量可以提醒医生手术后是否存在感染及其位置。“光激活药物递送是我们认为 LED 可能有用的另一个领域，”他补充道。作为演示，研究人员构建了发光缝合线和可植入的 LED 薄片，并在麻醉实验室小鼠体内进行了测试。（这只小鼠后来被实施了安乐死。）
一位生物医学工程研究员，其公司曾与这些研究人员合作，看到了这种可变形电子阵列的前景，即使用途尚不明确。“我们喜欢柔性电子器件，”百特医疗公司的高级研发首席工程师乔治奥斯·伯托斯说。但他补充说，这是一项新技术，“我不认为应用已经出现。”伯托斯说，基于这项新研究的系统可能还需要 5 到 10 年才能实施。
伯托斯说，“我认为我们将与罗杰斯的研究小组进行更多合作”，以使这项技术更具市场针对性。他指出，这些设备的实用性将取决于根据其用途进行定制，在这种用途中，可植入性比传统的外部设备具有足够的优势，从而证明增加的成本和复杂性是合理的。“你必须找到你离不开将其整合到体内的应用，”他说。“否则，它只是另一项性感的技术，虽然很酷，但对于特定应用可能不是必需的。”