鲍哲南院士最新Nature：可拉伸器件即插即用装配的通用连接器

鲍哲南院士最新Nature：可拉伸器件即插即用装配的通用连接器

【导读】

可拉伸混合器件实现了生理信号的高保真植入式和皮肤上监测。这些器件通常包含与人类和软体机器人中的机械要求相匹配的软模块、含有硅基微电子的刚性模块和保护性封装模块。为了使这样的系统具有机械柔顺性，模块之间的互连需要容忍可能限制其拉伸并最终导致脱粘失效的应力集中。

【成果掠影】

今日，新加坡南洋理工大学陈晓东教授、美国斯坦福大学鲍哲南院士以及中国科学院深圳先进技术研究院刘志远教授课题组合作，报告了一个双相纳米分散(BIND)接口通用连接器，它可以可靠地将软、硬和封装模块连接在一起，以即插即用的方式形成坚固和高度可拉伸的设备。该界面由互穿聚合物和金属纳米结构组成，无需粘贴，通过简单的压制连接模块。它的形成通过一个双相网络生长模型来描述。通过该接口连接的软-软模块分别实现了600%和180%的机械和电气可拉伸性。软、刚性模块也可以通过上述接口进行电连接。具有该界面的软模块上的封装具有强粘结性，界面韧性为0.24 N mm^-1。作为概念的证明，本工作利用该接口组装了用于在体神经调节和皮肤肌电的可拉伸设备，具有高信号质量和机械阻力。本工作期望这种即插即用的界面能够简化和加速皮肤上和植入式可拉伸设备的开发。相关论文以题为“A universal interface for plug-and-play assembly of stretchable devices”发表在Nature上。

【数据概况】

图1. 可拉伸混合器件的BIND连接

图2. BIND接口及连接的结构分析

图3. 通过即插即用的BIND连接组装的体内神经调节可拉伸装置

图4. 使用即插即用的BIND连接组装了一个21通道的皮肤EMG电极阵列

【成果启示】

综上所述，本工作报道了一种高度可拉伸的BIND接口，可以将软、硬和封装模块集成在一起，以即插即用的方式形成可拉伸的混合器件。本工作的BIND界面包含互穿的金属和聚合物纳米结构，分别形成连续的机械和电气通路。通过本工作的双相网络生长模型分析了形成过程的纳米力学。实现了具有高电气(>180%)和机械(>600%)可拉伸性的软-软BIND连接。涉及PI、PET、玻璃和金属等刚性/柔性基板的软-刚性BIND连接也实现了约200%的高电可拉伸性。此外，软包装BIND接头具有高粘结性，表现出比传统封装大60倍的界面韧性。使用BIND连接由不同形状因子的模块组装成的可拉伸的体内神经调节混合装置，其性能优于单一厚度的单片电极。本工作进一步表明，用于构建更复杂的21通道皮肤EMG电极的即插即用BIND连接使本工作能够收集高质量的EMG信号，并且具有抗机械干扰的能力。通过本工作的即插即用的BIND接口，构建具有不同功能和复杂性的可拉伸混合设备变得简单快捷，为皮肤和植入式人机交互提供了无限的选择。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05579-z