Science:滴液打印实现动态应力释放,用于生物电子界面的贴合包覆

一, [科学背景] 生物电子接口因在健康监测, 假肢控制和神经康复等领域的潜力而受到广泛关注. 此类器件通常以超薄膜形式存在, 需要顺应复杂的三维组织表面. 然而, 传统贴合过程往往伴随弯曲, 拉伸与压缩, 容易造成金属或硅基元件损伤. 已有方法尝试通过复杂结构设计或可拉伸材料来提升适应性, 但增加了加工难度并可能降低性能. 问题的根源在于, 不可伸展薄膜在形变中应力易积累并超出断裂阈值. 自然界中的“滑移机制”提供了启发:通过局部起皱与横向滑动分散应力, 从而避免破裂. 二, [科学贡献] 近日, 中国科学院化学研究所宋延林研究员, 李会增副研究员, 新加坡南洋理工大学陈晓东教授以及首都医科大学贾旺教授在Science发表了题为“Drop-printing with dynamic stress release for conformal wrap of bioelectronic interfaces”的论文. 本研究提出了一种基于“滴液打印”的策略, 可以利用液滴实现无损的薄膜转移. 液滴在薄膜与目标表面之间充当润滑层, 促进在形变过程中发生局部滑移. 该机制能够避免面内拉伸并降低应力集中. 即使是不可拉伸且脆弱的薄膜, 也可以完整且精确地贴合到精细表面, 如微尺度微生物或光纤. 厚度仅为 2 微米的硅薄膜, 即便未经过任何可拉伸设计, 也能够通过滴液打印在神经和脑组织上形成紧密的神经-电子接口. 这类接口实现了高时空分辨率的体内光控神经调制. 三 , [ 图文导读 ] 图1. 通过滴液打印实现的应力调控薄膜转移. © 2025 AAAS 图2. 滴液打印过程中对三相接触线 (TCL) 行为的控制. © 2025 AAAS 图3. 滴液打印的一般性展示. © 2025 AAAS 图4. 由滴液打印硅异质结薄膜 (SiHF) 实现的体内光电神经调控© 2025 AAAS 四, [科学启迪] 总言之, 该研究提出并验证了一种新颖的 “滴液打印”策略, 通过液滴在薄膜与目标表面之间形成润滑层, 实现了动态应力释放, 从而避免了传统方法中常见的应力集中和薄膜破裂. 该方法能够在无需额外拉伸结构设计的情况下, 将脆弱的金属, 硅基等非伸缩性薄膜完整, 精准地贴合在复杂的三维曲面上, 包括微生物, 光纤以及生物组织. 进一步的动物实验表明, 滴液打印的硅薄膜能在神经和脑组织上形成高质量的神经-电子接口, 并成功实现了高时空分辨率的光控体内神经调控. 这表明滴液打印不仅拓展了柔性电子器件的应用边界, 也为未来生物医学工程与神经科学研究提供了一条高效, 无损的新途径. 原文详情:An Li et al. , Drop-printing with dynamic stress release for conformal wrap of bioelectronic interfaces. Science389, 1127-1132(2025). DOI:10. 1126/science. adw6854