先进材料:柔性混合电子技术开启数字健康大门

时间:2019-07-28 来源: 历史
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最近,清华大学冯雪教授在国际学术期刊《AdvancedMaterials》上发表了题为“数字医疗的FlexibleHybrid Electronics”的长篇评论文章。本文系统地回顾了柔性混合电子设备的发展,充分界定了柔性混合电子设备的概念,并着重于灵活的生理设备,柔性光电设备,灵活的声学设备,灵活的皮肤功能设备和灵活的数字医疗生化检测设备。应用领域的进步为柔性混合电子设备和医疗应用的进一步发展提供了重要的指导。

人体是一个巨大的信息融合。包括生理电,光,声,生化,机械变形等生理信号,获取人体生理信息是实现数字医疗的基础。传统的刚性装置不能与人体完美结合,导致装置易受运动伪影和外界噪声的影响,无法准确感知人体的微弱生理信号。近年来,随着先进材料,机械结构设计和新的制备方法的创新,柔性电子技术得到了广泛的研究和应用。它颠覆性地改变了传统无机固体装置的刚性物理形态,极大地促进了人机 - 三元融合为全世界数以亿计的慢性病患者带来了福音。

本综述文章从柔性混合电子技术在材料和结构方法的发展历史中总结了实现柔性混合电子的两种主要方法。一种是通过材料创新开发本质上灵活或可扩展的电子功能材料。如有机半导体材料,纳米复合材料,液态金属和有机导电聚合物。另一种方法是介绍机械结构的设计,如经典的扣合结构,韧性线结构和新的折纸剪纸结构。结构的大旋转和小应变可以适应所施加的载荷,以确保材料本身不被损坏。然后,本文系统地阐述了柔性混合电子设备在生物医学中的应用。它包括五个部分:柔性生理电器,柔性光电器件,柔性声学器件,柔性皮肤功能器件和灵活的生化检测装置。

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图1.用于生理参数监测的灵活混合电子设备:灵活的生理电子设备,柔性光电设备,灵活的声学设备,灵活的皮肤功能设备和灵活?纳觳馍璞?

典型应用包括:三维螺旋缠绕电极,能够自动爬升到由体温驱动的周围神经束,如图2所示,通过自然粘附形成稳定且柔韧的电极 - 神经束界面;基于电化学双通道的电化学无创血糖测量装置通过离子电渗疗法改变组织液的渗透压,调节血液与组织液渗透和再吸收平衡之间的关系,并驱动血管中的葡萄糖主动和定向渗透。根据设计路径到皮肤表面。实现血糖的高精度测量。

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图2.基于柔性混合电子技术的自爬式三维螺旋电刺激装置

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图3.基于柔性混合电子设备的柔性无创血糖测量装置

清华大学丰雪集团长期致力于研究超常规环境下的机械和柔性电子技术,开发超常规微器件和可扩展/超灵活的大规模集成技术,开发灵活的电子技术用于医疗保健和智能感知。并主要设备,近年来在ScienceAdvances,AdvancedMaterials,AdvancedFunctionalMaterials,JournaloftheMechanicsandPhysicsofSolids等期刊上发表了一系列高水平论文。该研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)和国家自然科学基金会资助。

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