鮑哲南院士最新Nature：可拉伸器件即插即用裝配的通用連接器

鮑哲南院士最新Nature：可拉伸器件即插即用裝配的通用連接器

【導讀】

可拉伸混合器件實現了生理信號的高保真植入式和皮膚上監測。這些器件通常包含與人類和軟體機器人中的機械要求相匹配的軟模塊、含有硅基微電子的剛性模塊和保護性封裝模塊。為了使這樣的系統具有機械柔順性，模塊之間的互連需要容忍可能限制其拉伸并最終導致脫粘失效的應力集中。

【成果掠影】

今日，新加坡南洋理工大學陳曉東教授、美國斯坦福大學鮑哲南院士以及中國科學院深圳先進技術研究院劉志遠教授課題組合作，報告了一個雙相納米分散(BIND)接口通用連接器，它可以可靠地將軟、硬和封裝模塊連接在一起，以即插即用的方式形成堅固和高度可拉伸的設備。該界面由互穿聚合物和金屬納米結構組成，無需粘貼，通過簡單的壓制連接模塊。它的形成通過一個雙相網絡生長模型來描述。通過該接口連接的軟-軟模塊分別實現了600%和180%的機械和電氣可拉伸性。軟、剛性模塊也可以通過上述接口進行電連接。具有該界面的軟模塊上的封裝具有強粘結性，界面韌性為0.24?N?mm^-1。作為概念的證明，本工作利用該接口組裝了用于在體神經調節和皮膚肌電的可拉伸設備，具有高信號質量和機械阻力。本工作期望這種即插即用的界面能夠簡化和加速皮膚上和植入式可拉伸設備的開發。相關論文以題為“A universal interface for plug-and-play assembly of stretchable devices”發表在Nature上。

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【數據概況】

圖1. 可拉伸混合器件的BIND連接

圖2. BIND接口及連接的結構分析

圖3. 通過即插即用的BIND連接組裝的體內神經調節可拉伸裝置

圖4. 使用即插即用的BIND連接組裝了一個21通道的皮膚EMG電極陣列

【成果啟示】

綜上所述，本工作報道了一種高度可拉伸的BIND接口，可以將軟、硬和封裝模塊集成在一起，以即插即用的方式形成可拉伸的混合器件。本工作的BIND界面包含互穿的金屬和聚合物納米結構，分別形成連續的機械和電氣通路。通過本工作的雙相網絡生長模型分析了形成過程的納米力學。實現了具有高電氣(>180%)和機械(>600%)可拉伸性的軟-軟BIND連接。涉及PI、PET、玻璃和金屬等剛性/柔性基板的軟-剛性BIND連接也實現了約200%的高電可拉伸性。此外，軟包裝BIND接頭具有高粘結性，表現出比傳統封裝大60倍的界面韌性。使用BIND連接由不同形狀因子的模塊組裝成的可拉伸的體內神經調節混合裝置，其性能優于單一厚度的單片電極。本工作進一步表明，用于構建更復雜的21通道皮膚EMG電極的即插即用BIND連接使本工作能夠收集高質量的EMG信號，并且具有抗機械干擾的能力。通過本工作的即插即用的BIND接口，構建具有不同功能和復雜性的可拉伸混合設備變得簡單快捷，為皮膚和植入式人機交互提供了無限的選擇。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05579-z