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  隨著萬物互聯(lián)（IoE）時(shí)代的到來，柔性電子快速發(fā)展，未來的柔性電子器件將像人類皮膚一樣具有柔韌性、可拉伸性與回彈性。柔性可拉伸導(dǎo)體是構(gòu)筑柔性電子器件必不可少的組件，發(fā)展可拉伸導(dǎo)體已成為柔性電子這一新興科技領(lǐng)域的研究前沿。相比于可拉伸電子導(dǎo)體，可拉伸離子導(dǎo)體具有本征可拉伸性，表現(xiàn)出較大的變形能力以及易于制備和加工的優(yōu)勢；同時(shí)，可拉伸離子導(dǎo)體更容易實(shí)現(xiàn)高透明度，允許在不阻礙光信號的情況下傳輸電信號，可拓寬其在柔性電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，可拉伸離子導(dǎo)體已經(jīng)成為開發(fā)柔性電子器件不可或缺的重要基礎(chǔ)材料。

  近年來，人們報(bào)道了大量的基于水凝膠（水為溶劑）和離子凝膠（離子液體為溶劑）的可拉伸離子導(dǎo)體，并發(fā)展了多種多樣的水凝膠和離子凝膠基柔性電子器件。然而，水凝膠無法克服的失水干燥問題阻礙了水凝膠基電子器件在開放環(huán)境中的實(shí)際使用。離子凝膠存在離子液體泄露的問題（特別是當(dāng)凝膠發(fā)生壓縮和拉伸形變時(shí)），其毒性阻礙了離子凝膠在人體可穿戴電子設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)也限制了離子凝膠基電子器件的長期穩(wěn)定服役。因此，創(chuàng)制兼具服役穩(wěn)定性與生物安全性的可拉伸離子導(dǎo)體將為柔性電子的發(fā)展帶來新機(jī)遇、開辟新路徑。

無溶劑超分子離子導(dǎo)電彈性體（SF-supra-ICE）的制備、結(jié)構(gòu)及加工

  吉林大學(xué)劉小孔教授課題組和深圳先進(jìn)院劉志遠(yuǎn)研究員合作，提出了超分子封裝的理念，利用生物相容性的PVA通過高密度氫鍵交聯(lián)對可電離的天然無毒小分子IP6進(jìn)行封裝，發(fā)展了兼具服役穩(wěn)定性與生物安全性的無溶劑超分子離子導(dǎo)電彈性體(solvent-free supramolecular ion-conductive elastomer, SF-supra-ICE)。該彈性體的室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)3.3×10^-2 S m^-1，具有類似皮膚的柔韌性、回彈性和應(yīng)變誘導(dǎo)硬化特性，同時(shí)還具有高透明度、透氣性、自粘附性。SF-supra-ICE的制備極為簡便，僅由前驅(qū)體水溶液經(jīng)一步自發(fā)的水蒸發(fā)過程即可得到，可進(jìn)行多樣化的加工成型。將SF-supra-ICE的前驅(qū)體溶液作為墨水，通過涂抹、繪制、打印等方式可在人體皮膚上構(gòu)筑個(gè)性化的“離子紋身（I-tattoos）”，進(jìn)而構(gòu)建多功能的皮膚電子器件，用于人體電生理信號采集監(jiān)測、人機(jī)交互、精準(zhǔn)診療等領(lǐng)域。該工作以題為“Solvent-Free and Skin-Like Supramolecular Ion-Conductive Elastomers with Versatile Processability for Multifunctional Ionic Tattoos and on-Skin Bioelectronics”的文章發(fā)表于Advanced Materials上。

  該工作的創(chuàng)新性研究結(jié)果包括如下兩個(gè)方面：

  1.不同于水凝膠和離子凝膠，SF-supra-ICE不含溶劑，這一特點(diǎn)不僅賦予SF-supra-ICE長期穩(wěn)定的類皮膚力學(xué)性能及導(dǎo)電性能，同時(shí)賦予其極佳的生物安全性。SF-supra-ICE不會(huì)導(dǎo)致人體皮膚過敏與不適，小動(dòng)物經(jīng)喂食后也沒有不良反應(yīng)產(chǎn)生。SF-supra-ICE的長期服役穩(wěn)定性與生物安全性使其在柔性電子器件領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

  2.與“電子紋身 (E-tattoo)”形成對照，提出了“離子紋身 (I-tattoo)”的概念，并發(fā)展了基于I-tattoo的多功能皮膚電子器件。I-tattoo與人體皮膚超適形無縫貼合，可作為皮膚電極對各種人體電生理信號（心電ECG、肌電EMG、腦電EEG）進(jìn)行長期、高保真的采集監(jiān)測。相比于此前報(bào)道的和商業(yè)化的皮膚電極，I-tattoo電極在性能和成本方面均具有顯著優(yōu)勢�；�I-tattoo構(gòu)建的皮膚電子器件可應(yīng)用于人機(jī)交互；通過打印構(gòu)筑的高密度I-tattoo皮膚電極陣列可用于診斷人體肌肉和脊柱的健康狀況，助力精準(zhǔn)與智慧醫(yī)療。

SF-supra-ICE與水凝膠基可拉伸導(dǎo)體的穩(wěn)定性對比

基于SF-supra-ICE的離子紋身(I-tattoo)及生物安全性

I-tattoo作為超適形皮膚電極用于人體電生理信號采集監(jiān)測

  總結(jié)：這項(xiàng)工作所報(bào)道的無溶劑離子導(dǎo)電彈性體SF-supra-ICE具有顯著的服役穩(wěn)定性與生物安全性的優(yōu)勢，在柔性電子器件、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間；基于SF-supra-ICE的離子紋身（I-tattoo）因易制備、低成本、性能佳等優(yōu)勢在人體電生理信號采集、人機(jī)交互、腦機(jī)接口、精準(zhǔn)與智慧醫(yī)療等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的實(shí)用價(jià)值和市場潛力。相關(guān)材料與技術(shù)已申請中國發(fā)明專利。該項(xiàng)工作得到了吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李全順教授課題組在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面的幫助。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304157