從中國科學(xué)院化學(xué)研究所獲悉，該所研究員宋延林團(tuán)隊(duì)聯(lián)合首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院、新加坡南洋理工大學(xué)等單位，創(chuàng)新性地提出了一項(xiàng)用于超薄柔性器件轉(zhuǎn)印的新技術(shù)——“液滴打?。―rop-printing）”。這一方法可以將精細(xì)的電子器件“溫柔地”轉(zhuǎn)移到各種復(fù)雜表面，在不損傷器件的前提下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)貼合。

北京時(shí)間9月12日，這項(xiàng)研究成果在《科學(xué)》上發(fā)表。

宋延林課題組在綠色印刷與功能材料精準(zhǔn)制造領(lǐng)域深耕25年，在打印墨滴行為控制等方面取得了系列進(jìn)展。“將‘impossible變成‘I’m possible’，需要的是一點(diǎn)創(chuàng)造，一點(diǎn)努力，一點(diǎn)堅(jiān)持，更要有一點(diǎn)理想主義精神?！彼谂笥讶Ψ窒砜蒲懈形?。

不久前，宋延林因課題組內(nèi)師生關(guān)系融洽，被學(xué)生發(fā)帖分享，網(wǎng)友稱其為“神仙導(dǎo)師”。

電子薄膜“溫柔”貼合在目標(biāo)表面的實(shí)物圖片?？蒲袌F(tuán)隊(duì)供圖

用“一滴水”溫柔貼膜

很多人對手機(jī)貼膜的過程并不陌生，只需要將保護(hù)膜對準(zhǔn)屏幕，輕輕放下，利用靜電吸附使其貼合。但如果這層膜是極薄且易碎的電子器件，而要貼合的表面是大腦溝回般復(fù)雜的生物組織，采用貼手機(jī)膜的方法，貼合難度堪稱“地獄級”。

如今，可穿戴電子、腦機(jī)接口、神經(jīng)修復(fù)等前沿技術(shù)的發(fā)展正面臨這一“地獄級”挑戰(zhàn)。

常見的柔性電子器件通常由金屬導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料與高分子基底復(fù)合而成，厚度僅幾至幾十微米，柔軟卻脆弱。當(dāng)這張薄膜“壓”到復(fù)雜曲面時(shí)，薄膜因彎曲、拉伸產(chǎn)生應(yīng)力集中，極易導(dǎo)致線路斷裂，無損貼合失敗。

面對這個(gè)難題，宋延林帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)別出心裁，借助一滴水，找到了解決方案。

最新發(fā)表的論文中，科研團(tuán)隊(duì)基于多年來在打印印刷領(lǐng)域的積累，提出了“液滴打印”技術(shù)，核心在于用液滴作為媒介，通過在電子薄膜與目標(biāo)表面之間構(gòu)建一個(gè)液體潤滑界面實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的動態(tài)釋放。

他們發(fā)現(xiàn)，使用液滴拾取和轉(zhuǎn)印薄膜時(shí)，液體會存在于膜與目標(biāo)表面之間，不僅可以產(chǎn)生毛細(xì)力，逐漸將薄膜“拉貼”在凹凸不平的結(jié)構(gòu)上，而且液體層形成類似潤滑油的效果，使薄膜在變形時(shí)可以在潤滑液體上自由滑動。

這樣，應(yīng)力集中一旦在薄膜中產(chǎn)生，就會通過局部滑動而有效釋放。同時(shí)，液滴中的微量高分子材料還可以調(diào)控三相接觸線的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)薄膜的高精度轉(zhuǎn)印。

“我們通過高速攝像和應(yīng)力分布仿真等多手段驗(yàn)證，液滴打印將原本變形時(shí)累積在膜內(nèi)的應(yīng)力集中分散成一個(gè)均勻、可控的場分布，真正實(shí)現(xiàn)了‘貼得好、印得準(zhǔn)、膜不破’?！笨蒲腥藛T表示。

活體小鼠給出關(guān)鍵證據(jù)

為驗(yàn)證這一新技術(shù)的效果，科研團(tuán)隊(duì)用厚度僅150納米的金膜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?！斑@層僅頭發(fā)絲尺寸幾十分之一厚的金膜完好無損地貼合在微米尺寸的草履蟲、蒲公英纖維和貝殼的表面?！笨蒲腥藛T介紹。

水滴的成分還可以根據(jù)需求調(diào)整，如添加細(xì)胞培養(yǎng)液以“打印”細(xì)胞膜，或引入生物膠水實(shí)現(xiàn)水下黏附。

更令人驚嘆的是，液滴打印技術(shù)在活體動物實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)了出色的效果。

實(shí)驗(yàn)中，研究人員將超薄硅基電子膜通過液滴打印技術(shù)，打印在小鼠的坐骨神經(jīng)和大腦皮層上，電子膜與動物組織形成了無損的保形貼合。隨后，通過近紅外光照，成功觸發(fā)小鼠腿部規(guī)律運(yùn)動，并同步采集到清晰的神經(jīng)電信號。

科研人員解釋，這層膜成為光-電轉(zhuǎn)換接口，吸收光之后將光信號轉(zhuǎn)換為能夠刺激小鼠坐骨神經(jīng)的電信號，從而引發(fā)其腿部肌肉伸縮。

實(shí)驗(yàn)中，科研人員看到，小鼠隨著光照表現(xiàn)出規(guī)律的腿部運(yùn)動，其肌電圖和腦電圖信號同步顯示激活響應(yīng)，完整驗(yàn)證了從光刺激到神經(jīng)響應(yīng)再到動作輸出的控制路徑。這意味著，膜與活體貼得好、轉(zhuǎn)印得準(zhǔn)，同時(shí)膜不破，對神經(jīng)也無損。

液滴打印實(shí)現(xiàn)薄膜的無應(yīng)力保形貼附?？蒲袌F(tuán)隊(duì)供圖

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“念念不忘，必有回響”

該論文在《科學(xué)》上發(fā)表后，宋延林發(fā)了一條朋友圈：“25年前的夢想，念念不忘，必有回響。從超柔器件到腦機(jī)接口，液滴印刷術(shù)邁出關(guān)鍵的一步。”他同時(shí)稱，“做能留下痕跡的事，論文只是副產(chǎn)品”。

宋延林在該領(lǐng)域的科研之路始于國家印刷業(yè)的迫切需求。2000年前后，面對“計(jì)算機(jī)直接制版”（CTP）技術(shù)興起帶來的高性能墨水缺口，他憑借有機(jī)化學(xué)與材料學(xué)的交叉背景，從納米顆粒分散入手，成功研制出低成本、高質(zhì)量的國產(chǎn)墨水，由此開啟綠色印刷與功能材料精準(zhǔn)制造的創(chuàng)新之路。

多年來，宋延林關(guān)注的不僅是某項(xiàng)印刷技術(shù)的改進(jìn)，更是如何將產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際問題提煉為具有普遍意義的基礎(chǔ)科學(xué)問題，勇于開拓知識的“無人區(qū)”。他堅(jiān)持以科學(xué)突破反哺技術(shù)革新，讓新發(fā)現(xiàn)真正賦能現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

為此，宋延林帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)解決了諸多基礎(chǔ)科學(xué)問題。他們通過對印刷墨滴在干燥過程中“咖啡環(huán)效應(yīng)”、“瑞利不穩(wěn)定性”及“馬拉格尼效應(yīng)”等科學(xué)難題的深入研究，對墨滴多種圖案成形進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)對納米功能材料“點(diǎn)、線、面、體”的精細(xì)圖案化組裝，突破了傳統(tǒng)印刷技術(shù)的精度極限。

對于本次發(fā)表的新發(fā)現(xiàn)，科研團(tuán)隊(duì)普遍看好其應(yīng)用前景，認(rèn)為這一技術(shù)不僅適用于皮膚電子、腦機(jī)接口、神經(jīng)調(diào)控器件，還可拓展到可穿戴設(shè)備、智能顯示、生物制造和組織工程等多個(gè)交叉領(lǐng)域。

正如宋延林所期待：“隨著科技的進(jìn)步，推動文明發(fā)展的印刷術(shù)將不斷煥發(fā)新的生機(jī)。”

今年1月，宋延林因與學(xué)生相處融洽的點(diǎn)滴被學(xué)生“掛上網(wǎng)”，迅速走紅網(wǎng)絡(luò)，引發(fā)網(wǎng)友紛紛感嘆“這才是別人家的神仙導(dǎo)師”。學(xué)生在帖子中評價(jià)他“真真切切把我們當(dāng)孩子一樣培養(yǎng)”，不僅允許畢業(yè)后暫未就業(yè)的學(xué)生留在課題組，并按最高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)放補(bǔ)助，還始終尊重每位學(xué)生的科研興趣，不限制課題方向。他待人謙和、從不擺架子，生活樸素卻對學(xué)生慷慨支持。

學(xué)生表示：“導(dǎo)師用他自己的態(tài)度感染著我們，我們并沒有懈怠。”而此次發(fā)表的重要成果，正是課題組在導(dǎo)師帶領(lǐng)下努力奮斗的自然結(jié)晶。

相關(guān)論文信息：http://doi.org/10.1126/science.adw6854

來源：中國科學(xué)報(bào)