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用于生物医学的微/纳米结构柔性电子产品

时间：2023-06-15 阅读：369

前言

微纳结构的柔性电子器件因其高的灵敏性、皮肤亲和性、延展性、柔韧性等*的性能在生物医学领域受到广泛的关注。本篇报道综述了微纳米结构柔性电子的进展，阐述了柔性电子器件的微纳结构、相关制备技术、在生物医学领域的应用以及面临的机遇与挑战。

微纳结构

微纳结构柔性电子的结构

图1. 压力柔性电子产品的微纳结构

（a）具有不同占空比的微锥结构压力传感器的扫描电子显微镜（SEM），以及占空比与灵敏度之间的关系。（b）微针结构压力传感器的SEM。（c）微柱结构压力传感器的SEM和响应压力的电气变化。（d）随着距离和接触面积的变化，施加在微圆顶结构压力传感器上的压力示意图。（e）具有多孔结构的压力传感器示意图和相应的SEM图像。

图2.应变柔性电子器件的微/纳米结构

（a）聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 基板(i)上银皱纹结构的SEM图像；具有屈曲结构的可拉伸电子设备(ii)；和0%到50%应变拉伸下的波浪结构变形示意图(iii)。（b）蛇形互连结构示意图(i)；具有蛇形互连结构的超薄弹性体的未拉伸状态(ii)和拉伸状态(iii)的SEM图像。（c）在弯曲、拉伸和扭曲下具有蛇形网状结构的微动传感器的照片。（d）氧化石墨烯-纳米复合材料(i, ii)上两种剪纸几何形状的SEM图像，以及剪纸片(iii)的机械曲线。

制备方法

图3.微/纳米结构柔性电子器件的模板方法

（a）AgNW改性微柱结构传感器制作过程示意图(i)；PDMS微柱结构阵列(ii)和AgNW嵌入微柱结构阵列(iii)的SEM图像。（b）IOCA压力传感器生成过程示意图(i)；AAO模板(ii)和相应的OCA(iii)的SEM图像。（c）受含羞草启发的柔性触摸传感器(i)的制造过程示意图；所得触摸传感器的顶视图(ii)和侧视图(iii)的SEM图像。

在生物医学中的应用

图4.用于健康监测的微/纳米结构柔性电子器件

（a）微柱结构电子皮肤图像(i)；微柱几何体的光学图像（ii）；用于监测人类活动的微柱结构电子皮肤，包括手腕(iii)、膝盖(iv)、肘部(v)和手指(vi)弯曲、手抓握(vii)和后足底提升(viii)。（b）用于血压检测应用的基于硅微柱阵列的传感器照片(i)；在测量进餐前后人体汗液中的葡萄糖时传感器的电流变化(ii)，以及与(iii)相比所提出的传感器的葡萄糖浓度检测。（c）用于检测生物传感(i)的皮肤保形传感器的示意图，以及在捕获和抓取过程(ii)期间粘附在橡胶气球上的传感器的导电变化。

总结与展望

本文综述了微/纳米结构柔性电子的研究进展。结合的微/纳米结构，柔性电子被赋予了许多令人兴奋的性能，包括皮肤亲和性、高灵敏度、宽检测范围以及的机械性能。随着技术工程的进步，出现了模板法、3D打印等构建方法来生成这些微纳结构。这极大地促进了柔性电子产品的发展，并拓宽了它们在健康监测、治疗和植入应用方面的生物医学应用。