研究人员开发出一种超薄生物电子膜，有望让可穿戴设备一贴即可 -山东化工网

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研究人员开发出一种超薄生物电子膜，有望让可穿戴设备一贴即可

文章来源：贤集网更新时间：2022-03-03 14:34:39

加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员开发了一种独特的超薄膜设计，用于高度灵活但机械性能良好的生物电子膜，为精确贴合人体轮廓并符合其运动的皮肤诊断传感器铺平道路。

《科学》杂志最近发表了一篇论文，描述了由化学和生物化学教授段向峰共同领导的这项研究，以及加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院材料科学与工程系教授兼系主任黄宇。

范德华力是分子间的相互作用，只能在原子或分子之间非常近的距离发生。范德华力将膜结合在一起，使膜具有可伸缩性，能够适应动态变化的生物基质，同时具有透气性和对水和空气的渗透性。耐用电子材料的进步可能会导致医疗、保健、生物、农业和园艺等领域的无创电子产品的发展。研究人员将这种材料命名为范德瓦尔斯薄膜或VDWTF，它可以作为生物体采用电子功能的基础平台。

从概念上讲，这种薄膜就像一种薄得多的厨房保鲜膜，具有出色的半导体电子功能和不同寻常的可伸缩性，自然适应具有高度保形界面的软生物组织，它可以开发多种功能强大的传感和信号应用。例如，用这种材料制造的可穿戴健康监测设备可以精确跟踪生物体水平或单个细胞水平的电生理信号。

研究人员利用这些薄膜进行了几次演示，其中包括一个位于多汁植物叶子顶部的晶体管，其丰富的电解质被用来制作电子电路。他们还为人类皮肤制造了一种类似的晶体管，它利用皮肤细胞中的电解质来完成电路。此外，研究小组还开发了一种心电图仪，它使用放在人的右前臂和左前臂上的小圆圈胶片，可以检测到他们在冥想时的眨眼。

我们使用范德瓦尔斯薄膜进行的概念验证演示实际上只是暗示了这种新材料的无数可能性，这种膜可以作为人机界面、增强型机器人技术和人工智能技术的连接点，直接连接。这可能为合成电子细胞杂交开辟一条途径，使电子增强的生物类似于半机器人。

范德瓦尔斯薄膜的分层拼接设计使薄膜能够在不规则的几何形状上拉伸和弯曲。来源：Yan等人/加州大学洛杉矶分校

这种超薄的、大约10纳米的电子膜由几层原子状的无机化合物二硫化钼薄片构成。每片头发只有两到三纳米厚，比一根头发的直径薄一万多倍。

在保持薄膜薄的同时保持其结构完整性的关键在于其独特的分层拼接结构。这些层不是一个单一的连续薄片，而是由更小的碎片组成的集合。

这些层不是由刚性共价键固定，而是由非键范德华力松散连接。这使得床单可以彼此独立滑动和旋转，创造非凡的柔韧性，同时保持其电子功能完好无损。

这种设计还使薄膜能够在不规则的几何形状上拉伸和弯曲。薄膜可以紧贴在其微米级拓扑结构上的软生物组织上，与动态变化的生物基质（如皮肤）无缝融合并积极适应，而不会撕裂或干扰膜的功能。

这种分层的拼接创造了一个纳米通道的渗透网络，其大小足以让空气和水分子通过，从而使材料具有渗透性和透气性。

范德华薄膜以其高电子性能和延展性的不同寻常的结合，解决了其他生物电子薄膜候选者提出的许多挑战，如无机膜或有机薄膜。这些替代品因其厚度、缺乏延展性、与生物表面不规则几何形状不相容，或在潮湿的生物环境中表现不佳而受到限制。

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