植入生命體的電子器件，可以是柔軟而有溫度的打印。記者從西湖大學(xué)工學(xué)院獲悉，該院特聘研究員周南嘉團隊開(kāi)發(fā)了一種水凝膠支撐基質(zhì)和一種銀—水凝膠復合導電墨水，在國際上首次通過(guò)*D打印制備出封裝內部電路的一體化水凝膠電子器件。相關(guān)研究成果12月20日發(fā)表在國際期刊《自然·電子學(xué)》上。
“外來(lái)”的材料會(huì )被人體識別，產(chǎn)生一定的排異反應，比如治療骨折用的鋼釘、種植用的牙齒，乃至材質(zhì)柔軟的人工耳蝸打印。面對電子器件進(jìn)入身體后的“尷尬”，水凝膠被科學(xué)家寄予厚望，因為它同時(shí)具備柔韌性和良好的生物兼容性。
“水凝膠無(wú)處不在，比如隱形眼鏡、小朋友玩的水晶泥打印?！敝苣霞谓榻B，傳統的水凝膠電子器件，就是用水凝膠把電路“包裹封裝”起來(lái)，在核心的電路部分，仍然是堅硬的金屬。
團隊此次研究的突破點(diǎn)在于，把水凝膠電子器件中的金屬部分也“統一”成水凝膠的狀態(tài)打印。
團隊首先在材料的設計方法上尋找突破，找到了海藻酸鈣—聚丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò )水凝膠并加以改造打印。據了解，將海藻酸鈣和聚丙烯酰胺合成一整塊水凝膠的方法，雖然常見(jiàn)但缺少靈活性。他們把這兩種水凝膠的固化分成了兩個(gè)獨立步驟——先固化海藻酸鈣，然后再“打碎”細化成為微凝膠微顆粒。
如此一來(lái)，這種凝膠顆粒中除了海藻酸鈣，還包含了丙烯酰胺單體、交聯(lián)劑和自由基引發(fā)劑，粒徑在20微米左右，可以作為*D打印的“支撐基質(zhì)”打印。打印完成后，可再通過(guò)加熱引發(fā)聚丙烯酰胺的固化，讓電子器件最終定型。
微凝膠顆粒是流體狀態(tài)的，可以作為打印電子器件的“基質(zhì)”，那能否通過(guò)改造，讓這種微凝膠顆?？梢詫щ?，用來(lái)打印電子器件的電路部分？經(jīng)過(guò)反復試驗，研究人員找到了突破點(diǎn)——將微凝膠顆粒與少量微米銀片以及添加劑混合，制成導電墨水材料打印。這種導電水凝膠墨水可以通過(guò)嵌入式打印的方法，在微凝膠顆粒的基質(zhì)中自由構建具有三維結構的柔性電路。
在此基礎上，團隊制備了可用于提供電刺激的全水凝膠電極，這種電極能通過(guò)簡(jiǎn)單的手術(shù)纏繞在小鼠的坐骨神經(jīng)上打印。在1Hz頻率的脈沖式電壓刺激下，*D打印電極可在低達100mV的電壓下引起小鼠腿部的規律大角度運動(dòng)。作為對照的離子導電水凝膠的電極，在2*0mV的驅動(dòng)電壓作用下也只可勉強引發(fā)小鼠腿部微小運動(dòng)。
西湖大學(xué)博士后、論文第一作者惠岳表示，這一套技術(shù)方法，可以在個(gè)性化定制可植入電子器件領(lǐng)域發(fā)揮重要作用打印。（科技日報 作者洪恒飛 沈是 江耘）